DE2014529A1 - Optical signal processing device - Google Patents
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Description
20U52920U529
Dlpl.-In-. R.. nr: E"T.:: son.
Dip:.-:;3Ö. u. .. '^.,.a. ht Dlpl.-In-. R .. no: E "T. :: son.
Dip: .- :; 3Ö . u. .. '^.,. a. ht
Dr.-lng. Π. ^ ;r u γ ;-; jr.
β München 22, Stoinodorfstr. 19 293-15-532P . 25-3-1970Dr.-lng. Π. ^; ru γ; -; jr.
β Munich 22, Stoinodorfstr. 19 293-15-532P. 25-3-1970
National Research Development.CorporationNational Research Development Corporation
LONDON, S.W.l. (Großbritannien)LONDON, S.W.l. (Great Britain)
Vorrichtung zur optischen Signalverarbeitung-Optical signal processing device
Die Erfindung .betrifft eine Vorrichtung zur optischen Signalverarbeitung.The invention. Relates to a device for optical Signal processing.
Die Bestimmung des Molekulargewichts von großen Molekülen wie Proteinmolekülen ist schwierig lind zeitraubend. Das Sedimentationsgewiclit kann in einer Ultrazentrifuge bestimmt werden, während das Molekulargewicht aus der Gleichung· von Svedberg errechnet werden kann, die besagt, daß das Molekulargewicht gleich dem Sediinentatiousgewicht dividiert durch den Diffusionskoeffizient ist, wobei es jedoch schwierig ist5 den Diffusionskoeffizient zu messen. Im allgemeinen geht die Molekulargewichtsbestimmung am zweckmäßigsten und genauesten vor sich, indem man das Material in der Ultrazentrifuge eine G-leichgewichtssedimentation erreichen läßt, wenn die Änderung der KonzentrationDetermining the molecular weight of large molecules such as protein molecules is difficult and time consuming. The Sedimentationsgewiclit can be determined in an ultracentrifuge, while the molecular weight from the equation · Svedberg can be calculated, which states that the molecular weight divided equal to the Sediinentatiousgewicht is through the diffusion coefficient, but it is difficult to 5 to measure the diffusion coefficient. In general, the most convenient and accurate way of determining molecular weight is to allow the material to settle in equilibrium in the ultracentrifuge as the concentration changes
29'5-(JK 331 i/0'l)-lId-r (7)29'5- (JK 331 i / 0'l) -lId-r (7)
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mit der Tiefe im Gravitationsfeld verwendet werden kann, um den Diffusionskoeffizient zu bestimmen, so daß auf diese Weise das Molekulargewicht meßbar ist. Ein derartiges Vorgehen wird ,jedoch meistens vermieden, da es äußerst zeitraubend ist.can be used with the depth in the gravitational field, to determine the diffusion coefficient so that on this way the molecular weight can be measured. Such an approach is, however, mostly avoided because it is extremely time consuming.
Es ist daher Aufgabe der !Erfindung, insbesondere eine Vorrichtung anzugeben, die verhältnismäßig schnelle Messungen von Diffusionskoeffizienten durchführen kann.It is therefore an object of the invention, in particular one Specify device that can perform relatively fast measurements of diffusion coefficients.
Es ist bereits vom Doppi rradar bekannt, die festgestellte Dopplerverschiebimg durch Erzeugung einer Zeitfunktion wie einer Fourier-Transformierten darzustellen.It is already known from the Doppi rradar, the detected one Represent the Doppler shift by generating a function of time such as a Fourier transform.
Die Erfindung macht davon Gebrauch, daß, wenn ein Strahl von einer starKen kohärenten Lichtquelle wie einem Laser verwendet wird, die Strahlung durch ein Materialstück gestreut werden kann, das Teilchen aufweist, die sich darin mit statistisch ungeordneten Geschwindigkeiten bewegen, wobei die gestreute Strahlung, die eine Vielzahl von gleichzeitigen unterschiedlichen Dopplerverschiebungen hat, erfaßt und in eine Zeitfunktion umgewandelt wird, die die Fourier-Transfarmierte der Dopplerverschiebung sein kann. Aus dieser Funktion kann der Mittelwert der statistisch ungeordneten Geschwindigkeiten im Material errechnet werden. Durch die Erfindung wird also insbesondere ermöglicht, die Diffusionskoeffizienten vieler Substanzen zu messen. Die Erfindung erlaubt die schnelle Messung des Molekulargewichts von vielen Substanzen, wie sie in der Biologie und Chemie auftreten.The invention makes use of the fact that when a beam from a strong coherent light source such as a Laser is used to transmit radiation through a piece of material can be scattered, which has particles, which are in it with statistically disordered velocities move, with the scattered radiation having a large number of simultaneous different Doppler shifts is detected and converted into a function of time which is the Fourier transform of the Doppler shift can. This function can be used to calculate the mean value of the statistically disordered speeds in the material will. The invention therefore makes it possible, in particular, to determine the diffusion coefficients of many substances to eat. The invention allows the rapid measurement of the molecular weight of many substances as described in the Biology and chemistry occur.
Durch die Erfindung wird ganz allgemein eine Vorrichtung zur optischen Signalverarbeitung geschaffen, die einenThe invention generally provides an apparatus for optical signal processing that has a
0098^1/1674 ßAD 0RIGlNAL 0098 ^ 1/1674 ßAD 0RIGlNAL
2 0 U 52 0 U 5
Detektor zur Erfassung von Strahlung mit einer Frequenzverteilung hat, die aus einer Vielzahl von gleichzeitigen, unterschiedlichen Dopplerverschiebungen von der Frequenz eines Strahls kohärenter Strahlung besteht, und eine Einrichtung zur Erzeugung einer Zeit-funktion hat j die für die Frequenzfunktion der erfaßten Strahlung repräsentativ ist.Detector for detecting radiation with a frequency distribution which consists of a multitude of simultaneous, different Doppler shifts from the frequency of a beam of coherent radiation, and a device for generating a time function has j those representative of the frequency function of the detected radiation is.
Die Zeitfunktion kann die Fourier-Transformierte der Frequenzfunktion der gleichzeitigen, unterschiedlichen Dopplerverschiebungen sein, und aus dieser Fourier-Transformierten können die Werte z.B. der Dif fusionskoeffizienten berechnet werden.The time function can be the Fourier transform of the Be the frequency function of the simultaneous, different Doppler shifts, and from this Fourier transform the values of e.g. the diffusion coefficients can be calculated.
"Optisch" umfaßt hier auch den infraroten und ultravioletten Strahlungsbereich.."Optical" here also includes the infrared and ultraviolet Radiation area ..
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erf indungs gemäß en Vorrichtung zur. optischen Signalverarbeitung;1 shows the block diagram of an exemplary embodiment the device according to the invention. optical signal processing;
Fig. 2 mehrere Vellenzüge über der Zeit, um die theoretische Grundlage der Erfindung zu erläutern; und ·Fig. 2 several trains of waves over time to the theoretical To explain the basis of the invention; and ·
Fig. 3 das Blockschaltbild eines Detektors und eines digital abgeschnittenen !Correlators.3 shows the block diagram of a detector and a digitally clipped! Correlators.
Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines Ausführungs-Fig. 1 shows the block diagram of an embodiment
009841/1674009841/1674
BADBATH
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beispiels der Vorrichtung zur optischen Signalverarbeitung. Ein lichtdurchlässiger Behälter 1 enthält suspendiertes Material, dessen Molekulargewicht bestimmt werden soll. Das Material im Behälter 1 wird mit einer starken Strahlung von einem Laser 3 bestrahtl. Vom Material im Beliälter 1 gestreutes Licht wird gesammelt und von einem Detektor 5 erfaßt, dessen Achse unter einem Winkel θ zur Achse des Lasers geneigt ist und dessen Ausgangssignal in einen digital abgeschnittenen Autokorrelator 7 eingespeist wird.example of the device for optical signal processing. A transparent container 1 contains suspended matter Material whose molecular weight is to be determined. The material in container 1 is treated with a strong Radiation from a laser 3 irradiated. Light scattered by the material in the Beliälters 1 is collected and used by a Detector 5 is detected, the axis of which is inclined at an angle θ to the axis of the laser and its output signal is fed into a digitally clipped autocorrelator 7.
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:The device works as follows:
Die Frequenz des durch das Material im Behälter 1 gestreuten Lichts wird gegon din Frequenz des einfallenden Lichts vom Laser 3 um Dopplerverschiebungen verschoben, die charakteristisch für die Brown1sehe Molekularbewegung des Materials im Behälter 1 sind. Daraus folgt, daß die mittlere Dopplerverschiebung charakteristisch für den Diffusionskoeffizient des Materials im Behälter 1 ist, so daß durch Auswertung des Spektrums des gestreuten Lichts der Diffusionskoeffizient des Materials im Behälter 1 bestimm- ^ bar ist. Der digital abgeschnittene Autokorrelator 7 dient * dazu, genügend Informationen aus dem Spektrum des gestreu- , ten Lichts zu gewinnen, um den Diffusionskoeifizient zu berechnen. Das wird durch die sogenannte Autokorrelation vorgenommen, die jetzt anhand von Fig. 2 erläutert werden soll, wo mehrere Wellenzüge über der Zeit aufgetragen sind, um.die theoretische Grundlage der erfindungsgemäßen Vorrichtung zuThe frequency of the light scattered by the material in the container 1 is shifted by Doppler shifts which are characteristic of the Brown 1 see molecular movement of the material in the container 1 in the frequency of the incident light from the laser 3. It follows that the mean Doppler shift is characteristic of the diffusion coefficient of the material in the container 1, so that the diffusion coefficient of the material in the container 1 can be determined by evaluating the spectrum of the scattered light. The digitally clipped autocorrelator 7 is used * to gain enough information from the spectrum of the scattered light to calculate the diffusion coefficient. This is done by the so-called autocorrelation, which will now be explained with reference to FIG. 2, where several wave trains are plotted against time in order to provide the theoretical basis of the device according to the invention
Es soll ausgegangen werden von einem Wellenzug E(t), der ein kompliziertes Frequenzspektrum hat, zum BeispielLet us start from a wave train E (t) that has a complicated frequency spectrum, for example
009841/1674 bad ORIGINAL009841/1674 bad ORIGINAL
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einen Wellenzug (a) von Fig. 2. Wenn ein derartiger Wellenzug zeitlich um ein Intervall verschoben wird, ergibt sich der Wellenzug E(t +T). Die Autokorrelationsfunktion G(T) ist nun definiert als:a wave train (a) of Fig. 2. If such a wave train is shifted in time by an interval, gives the wave train E (t + T). The autocorrelation function G (T) is now defined as:
G(T) = Γ °°E(t) E(t +T ) dt,G (T) = Γ °° E (t) E (t + T) dt,
J-CO 'J-CO '
und ihre physikalische Bedeutung istf daß sie die Fläche unter der Kurve F(t,T) darstellt, deren Wert zu jedem Zeitpunkt t gegeben ist durch:and its physical meaning is f that it represents the area under the curve F (t, T), the value of which at any point in time t is given by:
F(t,T) = E(t)E(t +Τ"). G(T ) hängt also vom Wert des Intervalls T ab.F (t, T) = E (t) E (t + Τ "). G (T) therefore depends on the value of the interval T.
Da es unmöglich ist, jeden Wellenzug während einer unendlich langen Zeit zu messen, wird aus praktischen Gründen G(T ) als Mittelwert <F(t,T ) > von,F(t,T ) definiert: Since it is impossible to track every wave train during a To measure infinitely long time, G (T) is used as the mean value for practical reasons <F (t, T)> defined by, F (t, T):
<E(t)E(t<E (t) E (t
Die Berechnung einer derartigen Funktion erfordert jedoch die Berechnung von F(t t% ) fur eine große ZahlHowever, the calculation of such a function requires the computation of F (t t%) f for a large number
von Werten t , T
ο' v οof values t, T
ο ' v ο
Es ist bereits bewiesen worden, daß, wenn E(t) durch die statistische Telegraphenfunktion Ek(t) ersetzt wird:.It has already been proven that if E (t) is replaced by the statistical telegraph function E k (t) :.
Ek(t) = 1 für JD(t) > k, E1Xf) =0 für E(t) "^ kE k (t) = 1 for JD (t)> k, E 1 Xf) = 0 for E (t) "^ k
ICIC
für jeden beliebigen Wert von k, daraus folgt:for any value of k, it follows:
09841/167« BA0 ontSINAI.09841/167 « BA0 ontSINAI.
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Gk(T)= <Ek(t) Ek(t +T)> = § sin'1 G(I),G k (T) = <E k (t) E k (t + T)> = § sin ' 1 G (I),
vorausgesetzt, daß k der Mittelwert E von E(t) ist. Der Wellenzug (c) von Fig. 2 zeigt die Funktion Ek(t) für k = 0. Das Ersetzen von E(t) durch E (t) wird Abschnei-provided that k is the mean E of E (t). The wave train (c) of Fig. 2 shows the function E k (t) for k = 0. The replacement of E (t) by E (t) is cut off.
itit
den (clipping) genannt.called den (clipping).
Auf die Praxis übertragen heißt das, daß, wenn die Konzentration des Materials im Behälter 1 in Fig. 1 niedrig ist, wenig Licht durch ''as Material gestreut wird und der Detektor 5 sehr empfindlich sein muß, nämlich auf die einzelnen Photonen ansprechen muß, die in Richtung des Detektors abgegeben werden.In practice this means that when the concentration of the material in the container 1 in FIG. 1 is low is, little light is scattered by the material and the detector 5 must be very sensitive, namely must respond to the individual photons emitted in the direction of the detector.
Das bedeutet, daß der Wellenzug, der einer Autokorrelation unterzeogen werden soll, nur ganzzahlige Werte hat und n(t) geschrieben werden kann, wobei η gleich der Anzahl der Photonen ist, die im Detektor 5 im Intervall zwischen (t - — Τ?) und (t + — τ) auftreten, wobei T ein kleines Zeitintervall ist. Unter diesen Bedingungen kann eine normalisierte Autokorrelationsfunktion g* (T) definiert werden, die gegeben ist durch:This means that the wave train to be subjected to an autocorrelation only has integer values and n (t) can be written, where η is equal to the number of photons in the detector 5 in the interval between (t - - Τ?) and (t + - τ) occur, where T is a small one Time interval is. Under these conditions, a normalized autocorrelation function g * (T) can be defined which is given by:
g*2)(T ) = <n(.t) n(t +T )>/n2, mit η = < n> .g * 2) (T) = <n (.t) n (t + T)> / n 2 , with η = <n>.
Die abgeschnittene Funktion n^(t) kann definiert werden als:The truncated function n ^ (t) can be defined as:
n, (t) = 1 für n(t) ^k
nk(t) = 0 für n(t)<k,n, (t) = 1 for n (t) ^ k
n k (t) = 0 for n (t) <k,
n, (t) kann mit einer einfacheren Einrichtung als n(t) ge messen werden.n, (t) can be done with a simpler setup than n (t) will measure.
009841/1674009841/1674
- 7 - 20H529- 7 - 20H529
Zwei abgeschnittene Formen der normalisierten Autokorrelationsfunktionen erscheinen zweckmäßig· Die erste Form g^2'(T) ist definiert als:Two truncated forms of the normalized autocorrelation functions appear useful The first form g ^ 2 '(T) is defined as:
oooo
e{ o 2J(T) = <no(t) no(t +T)>/<nX2, e { o 2 J (T) = < no (t) no (t + T)> / <nX 2 ,
wobei n(t) und (t +T ) beide bei 0 abgeschnitten sind. Es kann gezeigt werden, daßwhere n (t) and (t + T) are both truncated at 0. It can be shown that
für η ^ 1 gilt.for η ^ 1 applies.
( 2 V tr
Die zweite Form g^ ;(X ) ist definiert alsi: ( 2 V tr
The second form g ^ ; (X) is defined as i:
= <nk(t) n(t +1
Es kann gezeigt werden, daß= <n k (t) n (t +1
It can be shown that
1 + η1 + η
wobei g (X ) die Fourier-Transformierte der Funktion η (U)) ist:where g (X) is the Fourier transform of the function η (U)):
exp (-exp (-
und n(Cü) das Spektrum der Photonenzälilf luktuatxon ist; die entsprechende Beziehung für g^ '(C) ist:and n (Cü) is the spectrum of the photon counts luktuatxon; the corresponding relation for g ^ '(C) is:
.-T+" \SO(T) i2..-T + " \ S O (T) i 2 .
009841/167U 009841/167 U
20U52920U529
Wenn also k = η let, d. h» das Signal an der mittleren Zählrate abgeschnitten wird, ist die abgeschnittene Autokorrelationsfunktion gleich der richtigen Wahlweise, wenn ein Kanal bei k * O beschnitten wird, nähert sich die abgeschnittene Autokorrelationsfunktion der richtigen an, wenn sich η Ο nähert·So if k = η let, i. If the signal is cut off at the mean count rate, it is cut off Autocorrelation function equals correct choice when clipping a channel at k * O is approaching the truncated autocorrelation function becomes the correct one as η Ο approaches
Fig. k ist das Blockschaltbild eines Detektors und eines digital abgeschnittenen Autokorrelators, in dem die normalisierte Autokorrelationsfunktion gj_(T ) (wie oben definiert) erzeugt wird. Bin Photovervielfacher 11 speist einen Impulsformer 13· Der Photovervielfacher 11 und der Impulsformer 13 bilden zusammen den Detektor 5 von Fig. 1· Das Ausgangssignal 13 wird über ein Sperrgatter 15 in einen Eingang einer bistabilen Schaltung 15 eingesepist, so daß diese in den "1"-Zustand gelangt, sowie in achtzehn parallele Speicher 1<?_ bis 1917·Figure k is the block diagram of a detector and a digitally clipped autocorrelator in which the normalized autocorrelation function gj_ (T) (as defined above) is generated. A photomultiplier 11 feeds a pulse shaper 13 · The photomultiplier 11 and the pulse shaper 13 together form the detector 5 of FIG. -State reached, as well as in eighteen parallel memories 1 <? _ To 19 17 ·
Siebzahn Koizidenzgatter 21.* bis 21-_ sind den speichernden Gattern 19- bis 19*7 vorgeschaltet.Siebzahn coicide gates 21. * to 21-_ are connected upstream of the storing gates 19- to 19 * 7 .
Eine Takteinheit 23 steuert den Sperreingang des Sperrgatters 15 und die bistabile Schaltung 17 so, daß diese in den HO"-Zustand tibergeht· Das Ausgangssignal der bistabilen Schaltung 17 wird in die erste Stufe 25- eines Schieberegisters 25 eingespeist, das so aufgebaut ist, daß es stufenweise durch das Ausgangssignal der Takteinheit 23 weitergeschaltet wird. Das Schieberegister 25 hat siebzehn Stufen 25- bis 2517, deren Ausgangssignale parallel Zl werden.A clock unit 23 controls the blocking input of the blocking gate 15 and the bistable circuit 17 so that it goes into the H O "state. The output signal of the bistable circuit 17 is fed into the first stage 25 of a shift register 25, which is constructed that it is switched on in stages by the output signal of the clock unit 23. The shift register 25 has seventeen stages 25 to 25 17 , the output signals of which are parallel Z1.
allel zu den Koizidenzgattern 2I1 bis 2I1- weitergeleitetallele to the coicide gates 2I 1 to 2I 1 - forwarded
0QS841/16740QS841 / 1674
Von dem Photovervielfacher 11 empfangene Photonen werden in elektrische Impulse umgewandelt, die durch den Impulsformer 13 verarbeitet werden können, der dazu dient, Impulse mit gleicher Höhe, Dauer, Anstiegs- und Abfallzeit zu erzeugen, wobei jeweils ein Impuls einem vom Photovervielfacher 11 erfaßten Photon entspricht. Die Anzahl der vom Impulsformer 13 während aufeinander, folgender Zeitintervalle der Länge T erzeugter Impulse wird wie folgt der Autokorrelation unterzogen. Zuerst wird das Zeitintervall T so gewählt, daß die Wahrscheinlichkeit für den Empfang eines Impulses -vom Impulsformer 13 im Zeitintervall klein gegen 1 ist« Zum Beispiel, wenn durchschnittlich 200 Impulse/sec empfangen werden, kann das Zeitintervall größenordnungsmäßig etwa 500 /usec betragen. Die Takteinheit 23 ist dann so geschältet, daß sie einen Impuls am Ende jedes Zeitintervalls T abgibt. Photons received by the photomultiplier 11 are converted into electrical pulses which can be processed by the pulse shaper 13, which is used to generate pulses of equal height, duration, rise and fall time, one pulse corresponding to a photon detected by the photomultiplier 11 . The number of pulses generated by the pulse shaper 13 during successive time intervals of length T is subjected to the autocorrelation as follows. First the time interval T is chosen so that the probability of receiving a pulse from the pulse shaper 13 in the time interval is small compared to 1. For example, if an average of 200 pulses / sec are received, the time interval can be of the order of magnitude of about 500 / usec. The clock unit 23 is then switched in such a way that it emits a pulse at the end of each time interval T.
Zu Beginn der Messungen wird dafür gesorgt (durch eine nicht in Fig. 3 abgebildete, jedoch übliche Einrichtung) , daß die Speicher 19,-v bis 19* 7 gelöscht und alle Stufen des Schieberegisters 25 auf Null gesetzt werden. Der erste Taktimpuls vom Taktgenerator 23 setzt die bistabile Schaltung 21 in ihren «0"-Zustando Irgendwelche vom Impulsformer 13 während des ersten Zeitintervalls T empfangene Impulse werden im Speicher 19O gespeichert und sonst nirgends, da alle Koinzidenzgatter 2I1 bis 2I1- gesperrt gehalten werden, weil alle Stufen des Schieberegisters '25 11O" sind«, Wenn irgendwelche Impulse im Zeitintervall T auftreten, wird die bistabile Schaltung 1? In ihren "1 "-Zustand gebracht«, Am Ende des ersten Zeitintervalle T bewirkt der Taktgenerator 23 ein Weiterschalten. des Schieberegisters 25, so daß in die erste Stufe 25-der jeweilige Zustand der bistabilen Schaltung 1? am EndeAt the beginning of the measurements, it is ensured (by a conventional device not shown in FIG. 3) that the memories 19, -v to 19 * 7 are cleared and all stages of the shift register 25 are set to zero. The first clock pulse from the clock generator 23 sets the bistable circuit 21 in its "0" state o Any pulses received by the pulse shaper 13 during the first time interval T are stored in the memory 19 O and nowhere else, since all coincidence gates 2I 1 to 2I 1 - blocked are held because all stages of the shift register '25 11 O are "". If any pulses occur in the time interval T, the bistable circuit will 1? Brought into its "1" state. At the end of the first time interval T, the clock generator 23 causes a further switching. of the shift register 25, so that the respective state of the bistable circuit 1? at the end
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des ersten Zeitintervalls T eingespeichert wird. Durch den Taktgenerator 23 wird auch die bistabile Schaltung 17 in ihren MOw-Zustand zurückgesetzt, und es wird durch ihn weiter verhindert, daß vom Impulsformer 13 während des Weiterschaltens des Schieberegisters 25 Impulse eintreffen, indem das Sperrgatter 15 geschlossen wird.of the first time interval T is stored. The bistable circuit 17 is also reset to its M O w state by the clock generator 23, and it is further prevented by it that pulses from the pulse shaper 13 arrive during the advancement of the shift register 25 by the locking gate 15 being closed.
Während des zweiten Zeitintervalls wird die Anzahl der vom Impulsformer 13 empfangenen Impulse in den Speicher 19q addiert und, wenn die erste Stufe 25- des Schieberegisters 25 im "1"-Zustand ist, wird die Zahl der vom Impulsformer 13 während des zweiten Zeitintervalls T empfangenen Impulse im Speicher 191 über das Koinzidenzgatter 21 gespeichert. Dieser Betriebsablauf dauert insgesamt achtzehn Zeitintervalle T.During the second time interval, the number of pulses received by the pulse shaper 13 is added into the memory 19q and, when the first stage 25- of the shift register 25 is in the "1" state, the number of pulses received by the pulse shaper 13 during the second time interval T is Pulses are stored in the memory 19 1 via the coincidence gate 21. This operational sequence lasts a total of eighteen time intervals T.
Der Inhalt der Speicher 19Q bis 1917# der durch diesen Betriebsablauf erzeugt wird, ist aus der folgenden Tabelle ersichtlich, in der die Spalten die Größen bezeichnen, die in den einzelnen Speichern zu äquivalenten Zeiten entsprechend den einzelnen Reihen gespeichert werden. Daher gibt die Summe aller Werte in den einzelnen Spalten die in jedem einzelnen Speicher gespeicherte Gesamtzahl an. In der Tabelle bezeichnet η die Anzahl der Impulse, die im Zeitintervall T erfaßt werden, und B die Bode-Funktion, die definiert ist durch:The contents of the memories 19 Q to 19 17 # generated by this operating sequence can be seen from the following table, in which the columns denote the quantities that are stored in the individual memories at equivalent times in accordance with the individual rows. Therefore, the sum of all the values in each column gives the total number stored in each individual memory. In the table, η denotes the number of pulses that are recorded in the time interval T, and B the Bode function, which is defined by:
B=O für η = 0
χ χ B = O for η = 0
χ χ
B = 1 für η = 1.
χ χ B = 1 for η = 1.
χ χ
00984 1 / 1 67400984 1/1 674
20 U 520 U 5
Jeder Speicher stellt also die Differenz T zwischen «wei Zeitintervallen dar, d. h. die Inhalte der Speicher T iet gleich S η χΒχ ^. was proportional der Autokorrelationefunktion go 2'(t ) iet. Daher stellen die in den Speichern 19q bis 19t~ gespeicherten Größen die Autokorrelationefunktion gv2)(T ) dar, die über der Zeit in Schritten von T aufgetragen ist, da η sehr nahe dem Abschneidepegel 0. koffcmt. Die Anzahl der Wiederholungen der aus den siebzehn Schritten bestehenden Folge bestimmt die Genauigkeit der Autokorrelationsfunktion.Each memory thus represents the difference T between two time intervals, ie the contents of the memory T iet equal to S η χ Β χ ^. which is proportional to the autocorrelation function g o 2 '(t) iet. Therefore, the quantities stored in the memories 19q to 19 t ~ represent the autocorrelation function gv 2 ) (T), which is plotted over time in steps of T, since η is very close to the cutoff level 0. koffcmt. The number of repetitions of the sequence consisting of the seventeen steps determines the accuracy of the autocorrelation function.
Der Inhalt der Speicher 19Q bis 1917 kann verwendet werden, um eine graphische Anzeige, wie in der unteren Hälfte von Fig. 3 gezeigt, vorzunehmen» Die erzeugte Autokorrelationsfunktion wird im allgemeinen ein exponentieller Abfall sein, der tatsächlich die Fourier-TransformierteThe contents of memories 19 Q through 19 17 can be used to make a graphical display as shown in the lower half of FIG. 3. The autocorrelation function generated will generally be an exponential decay which is actually the Fourier transform
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des Intensitätsfluktuationsspektrums des Lichts ist, das durch das Material im Behälter 1 in Fig, 1 gestreut wird» Die Abfallzeit der Exponentialfunktion ist mit dem Diffusionskoeffizient des Materials im Behälter 1 von Fig. 1 in folgender Weise verknüpft: Die beobachtete Autokorrelationsfunktion hat die Formtof the intensity fluctuation spectrum of the light that is scattered by the material in the container 1 in Fig, 1 » The fall time of the exponential function is related to the diffusion coefficient of the material in container 1 of FIG. 1 is linked in the following way: The observed autocorrelation function has the shape
<n (t) n(t +Γ) > -< η ή [i+ ^ exp (-2D |κ2 | Γ )J ,<n (t) n (t + Γ)> - <η ή [i + ^ exp (-2D | κ 2 | Γ) J,
1+n1 + n
1+n1 + n
vorausgesetzt, daß die Streuung ein statistisch ungeordneter Vorgang ist. Diese Autokorrelationsfunktion ist durch eine Abfallszeit 1/DT charakterisiert, wobei D_ der Diffusionskoeffizient ist. Daher kann der Diffusionskoeffizient berechnet we.rden, indem die Daten in die obige Gleichung eingesetzt werden. Der Mittelwert η von n(t) wird aus den gesamten gezählten Impulsen berechnet, die im Speicher 19O gespeichert sind. K errechnet sich dann zu:provided that the scattering is a statistically disordered process. This autocorrelation function is characterized by a decay time 1 / D T , where D_ is the diffusion coefficient. Therefore, the diffusion coefficient can be calculated by plugging the data into the above equation. The mean value η n (t) is calculated from the total counted pulses stored in the memory 19 O. K is then calculated as:
K= (4lT N sin ^0)/λ o,K = (4lT N sin ^ 0) / λ o ,
vorausgesetzt, daß die Teilchengeschwindigkeit des Materials im Behälter 1 (Fig. 1) klein gegen die Lichtgeschwin digkeit ist, wobei N der Brechungsindex der Lösung ist, in der das Material suspendiert ist, ferner θ der Streuwinkel (d. h. der Winkel, unter dem der Laserstrahl abgelenkt wird) sowie \ die Wellenlänge der Laserstrahlung im Vakuum.provided that the particle speed of the material in container 1 (Fig. 1) is small compared to the speed of light, where N is the refractive index of the solution in which the material is suspended, and θ the scattering angle (ie the angle at which the laser beam is is deflected) as well as \ the wavelength of the laser radiation in a vacuum.
Für niedriges η nähert sich ^n > n; für höhere Werte η kann eine Korrektur durchgeführt werden, die von der Statistik des gestreuten Lichts abhängt.For low η, ^ n > n approaches; for higher values η a correction can be carried out, which depends on the statistics of the scattered light.
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Durch Verknüpfen des so bestimmten Diffusionskoeffizients mit der Sedimentationsrate, die in einer Ultrazentrifuge in etwa 1 h bestimmt werden kann, kann das Molekulargewicht des Materials im Behälter 1 von Fig» 1 unter Verwendung der Gleichung von Svedberg wie oben angegeben berechnet werden. ,By linking the diffusion coefficient thus determined with the sedimentation rate, which can be determined in an ultracentrifuge in about 1 hour, the molecular weight of the material in container 1 of Figure 1 using the Svedberg equation given above be calculated. ,
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Claims (2)
Frequenzen hat, und mit einer Einrichtung zur Erzeugung
von Zeitfunktionen, die repräsentativ für die dopplerverschobenen Frequenzen sind, dadurch gekennzeichnet , daß der Detektor (5) anspricht auf
dopplerverschobene Strahlung, die durch die Bestrahlung
einer Probe (i) durch eine starke Quelle (3) kohärenter
optischer Strahlung erzeugt wird, und auf Strahlung, die eine Anzahl gleichzeitiger unterschiedlicher Dopplerverschiebungen hat (Fig. 1).(y device for optical signal processing with a detector for detecting radiation that is Doppler-shifted with respect to the frequency of an output light beam
Has frequencies, and with a device for generating
of time functions which are representative of the Doppler shifted frequencies, characterized in that the detector (5) responds to
Doppler-shifted radiation caused by the irradiation
a sample (i) by a strong source (3) more coherent
optical radiation is generated, and radiation which has a number of simultaneous different Doppler shifts (Fig. 1).
dopplerverschobenen Frequenzen sind, eine Einrichtung zur Erzeugung einer Zeitfunktion, die gleich oder ungefähr
gleich der Fourier-Transformierten der statistisch ungeordneten Dopplerverschiebungen ist, sowie einer Einrichtung zur Gewinnung von Daten aus der Zeitfunktion hat,
die repräsentativ für den Mittelwert der statistisch ungeordneten Geschwindigkeiten der Teilchen im Material
sind (Fig. 1., 3).2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the sample (i) is a piece of material having particles that move at statistically random speeds, and that the means (7) for generating time functions representative of the
Doppler shifted frequencies are a means of generating a function of time that is equal to or approximately
is equal to the Fourier transform of the statistically unordered Doppler shifts and has a device for obtaining data from the time function,
which are representative of the mean of the statistically disordered velocities of the particles in the material
are (Fig. 1, 3).
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |