DE2043006A1

DE2043006A1 - Verfahren zur Registrierung von schnell aufeinanderfolgenden Impulsen sowie Viel kanal Registriergerät zur Durchfuhrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2043006A1
Application number: DE19702043006
Authority: DE
Inventors: Walter Prof Dr 8000 München P Hoppe
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1970-08-29
Filing date: 1970-08-29
Publication date: 1972-03-09
Also published as: DE2043006C3; FR2106178A5; NL7111744A; GB1367314A; DE2043006B2

Description

Verfahren zur Registrierung von schnell aufeinanderfolgenden Impulsen sowie Vielkanal-Registriergerät zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Registrierung von schnell aufeinanderfolgenüen Impulsen sowie ein Vielkanal-Registriergerät zur Durchführung des Verfahrens. Anwendungsgebiete für ein Vielkanal-Registriergerät sind beispielsweise die Diffraktometrie mit Neutronen oder Röntgenstrahlen, die Neutronen-, Gamma- und Mössbauer-Spektroskopie.

Bei Untersuchungen auf den genannten Gebieten sind Registriergeräte erforderlich, welche imstande sind, die von einem Detektor abgegebenen Impulse zu registrieren und nach vorgegebenen Kriterien zu sortieren.

Die bekanntesten Vielkanal-Registriergeräte sind die Vielkanal-Analysatoren. Eine ihrer wichtigsten Anwendungen ist die Zählung und Analyse der von einem Detektor abgegebenen Impulse, denen nach Maßgabe ihrer physikalischen Informationen verschiedene digitale Adressen zugeordnet werden. Im Vielkanal-Analysator ist für jede Adresse eine Speicherzelle - ein Kanal - vorgesehen. Wenn der Detektor einen Impuls liefert, wird der in dem entsprechenden Kanal gespeicherte Zahlenwert um eine Einheit erhöht.

Eb sind Detektoren verschiedener Art bekannt. Einige von ihnen enthalten bereits Umsetzer, d. h. sie liefern die

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Impulse als sequentielle Folge mit digitaler Adresse. Eines der bekanntesten Beispiele ist ein Detektor für die Spektralanalyse. Die Höhe des abgegebenen Impulses kennzeichnet die Frequenz bzw. die Energie der Strahlung, welche diesen Impuls ausgelöst hat. Es ist dann nur noch erforderlich, die Impulshöhe in einem Umsetzer zu digitalisieren. Für die genannten spektralanalytischen Zwecke gibt es bereits Halbleiterdetektoren mit sehr hoher Energieauflösung.

Ein weiteres Beispiel ist ein ortsempfindlicher Detektor. Ee wurde ein ortsempfindlicher Detektor entwickelt, der Impulspaare liefert, wobei das Impulshöhenverhältnis den Auftreffort eines einfallenden Quants im Detektor kennzeichnet. Ferner sind ortsempfindliche Detektoren bekannt, bei welchen Formmerkmale des abgegebenen Impulses zur Markierung des Auftreffortes dienen. Es wurde z. B. linienhaft ein ortsempfindlicher Detektor, der die Anstiegszeit des Impulses als Ortsinformation ausnutzt und in einen digitalen Wert umsetzt, von C. J. Borkowski und M. K. Kopp (Rev. Sei. Instr. 5^, No. 10, p. 1515, Oktober 1968) be-. schrieben. Eine Parallelanordnung derartiger Detektoren ergibt einen flächenhaften Detektor. Ein weiterer ortsempfindlicher Detektor ist eine matrixförmige Anordnung von unabhängigen Teildetektoren, z. B. von den bereits erwähnten Halbleiterdetektoren.

Derartige ortsempfindliche Detektoren sind für Untersuchungen auf dem Gebiet der Röntgen- und Neutronendiffraktometrie sehr gut geeignet. Die von den Detektoren abgegebene digitale Adresse charakterisiert den Auftreffort eines einfallenden Röntgenquants oder Neutrons im Detektor.

Übliche Vielkanal-Analysatoren besitzen 1024 oder 4096 Kanäle, d. h. sie können nur 1024 bzw. 4096 verschiedene digitale Adressen registrieren. Wenn Detektoren mit besonders

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hoher Auflösung verwendet werden, kann die von ihnen abgegebene Zahl von verschiedenen digitalen Adressen die Zahl 4096 beträchtlich überschreiten. Dann reicht aufgrund der Vielzahl der auftretenden verschiedenen Detektorimpulse die Anzahl der Speicherzellen eines Vielkanal-Analysators nicht aus.

Ein Beispiel soll dies erläutern. Ist ein ortsempfindli-

12 eher Detektor gegeben, der in der x-Koordinate 2 und in

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der y-Koordinate gleichfalls 2 von einem einfallenden Quant getroffene, nebeneinander liegende Punkte auflöst, so kann er insgesamt 2 verschiedene Adressen bei einer Wortlänge eines cigitalicierten Impulses von 24 bit liefern. Eir. Vielkanal-Analysator, der diese Vielzahl von verschiedenen Adressen sortieren und registrieren soll, müßte folglich zur Aufzeichnung 2 , also rund 16 Millionen Kanäle oder Speicherplätze besitzen. Die Verwendung eines derartigen Detektors in Verbindung mit einem üblichen Vielkanal-Analysator ist demnach nur unter Verlust von Informationen möglich, da die mit dem Detektor erzielte Auflösung überhaupt nicht ausgenutzt werden kann.

Ein weiterer Nachteil der bisher üblichen Vielkanal-Analysatoren ergibt sich aus der Tatsache, daß sie nicht sehr schnell aufeinanderfolgende, z. B. jeweils nach der Totzeit eines Detektors eintreffende Impulse gemäß ihrer digitalen Adresse registrieren können. Es geht beim Registriervorgang jeder Impuls verloren, der am Eingang des Vielkanal-Analysators während der Zeit eintrifft, in der der vorhergehende Impuls in den zugeordneten Kanal addiert wird.

Weiterhin ist ein Nachteil der bekannten Vielkanal-Analysatoren darin zu sehen, daß die zeitliche Zuordnung der eintreffenden Impulse aufgrund der Summation in den betreffenden Speicherzellen verlorengeht.

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Insbesondere läßt sich mit den üblichen Vielkanal-Analysatoren ein Röntgenstrahl-Diffraktometer mit einem ortsempfindlichen Detektor, bei dem zur Analyse von Kristall-Btrukturen eine hohe Auflösung des Auftrefforts eines Röntgenquants erforderlich ist, nicht herstellen. Zum einen reicht die Speicherkapazität nicht aus, zum anderen ist bei der hohen Anzahl von schnell aufeinanderfolgenden Impulsen die Zeitauflösung nicht ausreichend, und schließlich lassen sich damit z. B. Strukturumwandlungen als Funktion von weiteren physikalischen Größen, etwa von der Temperatur, nicht verfolgen, da ja die zeitliche Zuordnung der eintreffenden Impulse verlorengeht. Auch aus diesen Gründen wurde bisher ein Röntgenstrahl-Diffraktometer unter Verwendung von ortsempfindlichen Detektoren nicht hergestellt.

Üblicherweise werden Vielkanal-Analysatoren bei spektroskopischen Untersuchungen (Neutronen, Gamma-Quanten, Elektronen) eingesetzt, da die Anzahl der pro Zeiteinheit zu registrierenden Quanten im allgemeinen gering ist gegenüber der bei Röntgenstrukturuntersuchungen auftretenden Anzahl 'von Röntgenquanten. Von der Zeitauflösung her gesehen besteht im allgemeinen keine Notwendigkeit, auf einen Vielkanal-Analysator zu verzichten. Allerdings erweisen eich Vielkanal-Analysatoren auch in diesem Zusammenhang bezüglich der verfügbaren Speicherzellen oft als nachteilig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Registriergerät zu schaffen, welchem die oben erwähnten Nachteile nicht anhaften, welches sich im Aufbau grundsätzlich von den bekannten Vielkanal-Analysatoren unterscheidet, welches die von einem Detektor in schneller zeitlicher Reihenfolge und in großer Anzahl abgegebenen Impulse unter Wahrung ihrer zeitlichen Aufeinanderfolge und unter Vermeidung einer Adressensummation verlustfrei zu registrieren imstande ist. Das Registriergerät soll jeden überhaupt

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auftretenden Detektorimpuls registrieren, hohe Impulsraten "bei guter Zeitauflösung verarbeiten können und eine sehr große Speicherkapazität besitzen. Ferner soll die nutzbare Auflösung eines Detektors nicht mehr von der Anzahl der zur Verfügung stehenden Kanäle abhängen. Weiterhin soll ein Diffraktometer für Röntgenstrahlen, Neutronen oder Elektronen geschaffen werden.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die von einem Detektor abgegebenen Impulse in einem Umsetzer in bezug auf ihre physikalische Information digital verschlüsselt werden, daß der Umsetzer nach der Verschlüsselung eines jeden Impulses einen entsprechenden digitalen Wert an einen Zwischenspeicher abgibt, daß die digitalen Werte auf ein Magnetband so übertragen werden, daß im Zwischenspeicher stets unbesetzte Speicherplätze für nachfolgende Werte zur Verfügung stehen, und daß Zeitmarken auf das Magnetband aufgebracht werden.

Im Gegensatz zu den üblichen Vielkanal-Analysatoren werden die einzelnen digitalen Werte der Impulse nicht einzelnen Kanälen (Speicherzellen) des Zwischenspeichers zugeordnet; sie werden vielmehr im zeitlichen Nacheinander ihres Eintreffens in den Zwischenspeicher eingelesen.

Die Übertragung der digitalen Werte von dem Zwischenspeicher auf das Magnetband oder auf eine Magnetplatte wird vorzugsweise so erfolgen, daß die Anzahl der abgelesenen Speicherplätze pro Zeiteinheit größer oder allenfalls gleich der mittleren Anzahl der pro Zeiteinheit vom Detektor gelieferten Impulse ist. Bei Unterteilung des Zwischenspeichers in zwei oder mehr Teilbereiche, in die abwechselnd die digitalen Werte vom Umsetzer übertragen werden, bei Verwendung eines simultan arbeitenden Doppeloder Mehrfach-Magnetbandes und bei gleichzeitiger Übertragung der Werte auf beide oder auf mehrere den Teilbereichen

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zugeordnete Magnetbandspuren kann die Anzahl der pro Spur und pro Zeiteinheit abgelesenen Speicherplätze auch kleiner als die mittlere Anzahl der pro Zeiteinheit vom Detektor gelieferten Impulse sein.

Eine Erweiterung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß mittels der Zeitmarken weitere physikalische Informationen registriert werden. Diese Informationen können den physikalischen Zustand kennzeichnen, in dem sich eine mit dem Detektor untersuchte Probe befindet, also z. B. Winkelstellung, Ort, Temperatur, Druck.

Prinzipiell kann die Übertragung der digitalen Werte auf ein kontinuierlich laufendes Magnetband vonstatten gehen. Da die Impulse jedoch nicht in äquidistanten Zeitabständen auftreten und da die anfallende Impulsrate kurzzeitig wesentlich über der maximalen Aufnahmerate eines üblichen Magnetbandes liegen kann, hätte dieses Verfahren einen Informationsverlust und bei der Auswertung störende Lücken auf dem Magnetband zur Folge. Gebräuchliche Digitalspeicher, z. B. Kernspeicher, verfügen nämlich über eine wesentlich kürzere Registrierzeit als die besten z. Zt. erhältlichen Magnetbandgeräte. Zudem wäre die Auswertung des Magnetbandes recht zeitraubend. Eine weitere Ausbil-

^ dung des Verfahrens gemäß der Erfindung zeichnet sich hingegen dadurch aus, daß die Übertragung der digitalen Werte aus dem Zwischenspeicher auf das Magnetband diskontinuierlich erfolgt.

Die diskontinuierliche Übertragung kann dabei in gleich großen Adressenblöcken erfolgen. Dadurch bietet sich die Möglichkeit, am Anfang oder .Ende eines Adressenblocks eine Zeitmarke und/oder eine Prüfsumme (Summe der digitalen Adressen) auf das Magnetband zu übertragen. Die Zeitmarken auf dem Magnetband folgen einander dabei in gleichem Werte-Abstand.

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Ein Vielkanal-Registriergerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Charakterisierung physikalischer Größen Impulse abgebender Detektor an einen die physikalische Information der Impulse in entsprechende digitale Werte umsetzenden Umsetzer angeschlossen ist, daß der Umsetzer zur fortlaufenden Speicherung der digitalen Werte mit einem Zwischenspeicher verbunden ist, daß dem Zwischenspeicher ein Magnetbandgerät mit einstellbarer Aufnahmegeschwindigkeit des Magnetbandes nachgeschaltet ist, daß ein Steuergerät mit dem Zwischenspeicher und dem Magnetbandgerät verbunden ist, daß ein digitale Werte abgebender Zeitmarkengeber zur Erzeugung von Zeitmarken auf dem Magnetband des Magnetbandgeräts vorgesehen ist, und daß daö Magnetbandgerät an eine elektronische Datenverarbeitungsanlage anechließbar ist.

Der Zeitmarkengeber, der Zeitmarken in digitaler Form abgibt, kann z. B. an den Zwischenspeicher angeschlossen werden. In diesem Fall werden die Zeitmarken wie die aus dem Umsetzer in den Zwischenspeicher gelangenden digita-• len Werte behandelt. Er kann aber auch an den Umsetzer angeschlossen werden. Dann trägt jeder vom Umsetzer abgegebene digitale Wert außer einer physikalischen Information eine Zeitinformation. Schließlich kann er auch mit dem Magnetbandgerät verbunden werden.

Eine weitere Ausbildung des Vielkanal-Registriergeräts sieht vor, daß der Zeitmarkengeber fremdgesteuert ist. Dazu ist er mit einem Aufnehmer für weitere physikalische Informationen verbunden. - Der Zeitmarkengeber kann aber auch vom Steuergerät angesteuert sein. Dann dienen die auf das Magnetband aufgebrachten Zeitmarken z. B. der Kennzeichnung des Zeitpunkts des Ein- oder Abschaltens des Magnetbandgeräts.

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Für die diskontinuierliche Übertragung der digitalen Werte aus dem Zwischenspeicher auf das Magnetband in gleich großen Adressenblöcken ist es zweckmäßig, daß die Anzahl der Speicherzellen des Zwischenspeichers in gleich große Speicherzellenblöcke unterteilbar ist, und daß die Speicherzellenblöcke hinsichtlich des Auslesens ihres Inhalts auf das Magnetband vom Steuergerät nacheinander ansteuerbar
sind.

Für die Zusammenarbeit mit dem erfindungsgemäßen Vielkanal-Registriergerät sind Detektoren der eingangs beschriebenen Art gut geeignet. In den meisten dieser Fälle han-. delt es sich um Einkanal-Detektoren. Aber auch der An-" Schluß von Vieikanal-Detektoren en das Vielkanal-Registriergerät ist möglich. Ein Beispiel für einen Vielkanal-Detektor ist die erwähnte Matrix von unabhängigen Teildetektoren. Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Vielkanal-Registriergeräts ist daher dadurch ausgezeichnet, daß der Detektor aus einer Anzahl von Teildetektoren aufgebaut und daß jedem Teildetektor ein Umsetzer nachgeschaltet ist.

Als ortsempfindlicher Detektor läßt sich auch eine SEC-Röhre einsetzen, wie sie z. B. von B. Kazan und M. Knoll
in "Electronic Image Storage", Academic Press New York-London, 1968, zu Bild V-9 beschrieben wurde. In einer Zusatz- ^ schaltung kann bei diesem Detektor der Ort eines jeden betrachteten Punktes auf dem Bildschirm mittels eines Zeilenzählers und eines Bildpunktzählers in digitaler Form festgestellt werden. Die Intensität des betrachteten Bildpunktes läßt sich mit einem Analog-Digital-Wandler, der an
den Arbeitswiderstand der SEC-Röhre angeschlossen ist, ebenfalls in digitaler Form ermitteln.

Für die Übertragung der von den Umsetzern gelieferten digitalen Werte gibt es verschiedene Möglichkeiten: Zunächst einmal· können die einzelnen Umsetzer gemeinsam an den Zwi-

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schenspeicher angeschlossen werden. Bei Koinzidenz von zwei oder mehr Impulsen würden dadurch jedoch alle bis auf einen Impuls beim Registriervorgang verlorengehen. Um auch gleichzeitig in den Teildetektoren auftretende Impulse registrieren zu können, ist nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Vielkanal-Registriergeräts jedem Umsetzer ein Kurzzeitspeicher nachgeschaltet, sind die Kurzzeitspeicher mit dem Zwischenspeicher verbunden, und ist zur periodischen Ansteuerung und zwecks Weitergabe der in den Kurzzeitspeichern gespeicherten Werte an den Zwischenspeicher ein' Taktgenerator vorgesehen. - Eine weitere Ausbildung sieht vor, daß die Speicherzellen des Zwischenspeichers in gleich große Speicherzellenblocke und diese wiederum in eine der Anzahl der Teildetektoren entsprechende Anzahl von Unterblöcken unterteilbar sind, und daß jedem Umsetzer in jedem Speicherzellenblock ein Unterblock zugeordnet ist. Für jeden Unterblock können dabei ein eigenes Magnetbandgerät und ein eigener Zeitmarkengeber vorgesehen sein.

Der Umsetzer kann z. B. mit zwei Organen zum Einstellen •von digitalen Grenzen versehen sein. Dann werden im Zwischenspeicher nur solche digitalen Werte gespeichert, die zwischen den beiden eingestellten Schwellen liegen.

Die Erfindung wird anhand von zehn Figuren näher erläutert. Einander entsprechende Geräte und Größen sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Vielkanal-Registriergeräts;

Figur 2 zeigt eine Ausführungsform mit fremdgesteuertem Zeitmarkengeber;

Figur 3 zeigt eine Ausführungsform mit eelbstgesteuertem Zeitmarkengeber;

Figur 4 zeigt eine Ausführungsform mit diskontinuierlicher Übertragung der digitalen Werte aus dem Zwischen-

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speicher auf das Magnetband;

Figur 5 zeigt eine Ausführungsform mit blockweiser Übertragung der digitalen Werte aus dem Zwischenspeicher auf das Magnetband;

Figur 6 zeigt eine Ausführungsform mit drei gleichzeitig betriebenen Detektoren, denen Umsetzer und Kurzzeitspeicher nachgeschaltet sind;

Figur 7 zeigt eine Ausführungsform entsprechend Figur 6 mit einem Umlaufregister zur Ansteuerung der Kurzzeitspeicher; ·

Figur 8 zeigt eine Ausführungsform mit drei gleichzeitig betriebenen Detektoren, wobei jedem Detektor ein Unterblock der Speicherzellen im Zwischenspeicher zugeordnet ist;

Figur 9 zeigt ein ausführliches Schaltbeispiel eines erfindungsgemäßen Yielkanal-Registriergeräts; Figur 10 zeigt ein weiteres ausführliches Schaltbeispiel eines erfindungsgemäßen Vielkanal-Registriergeräts mit einem Schieberegister als Zwischenspeicher.

In Figur 1 ist das Prinzipschaltbild eines erfindungsge-'niäßen Vielkanal-Registriergeräts dargestellt. In einen Detektor D einfallende Strahlung oder einfallende Korpuskeln erzeugen Spannungsimpulse, die einem Umsetzer W, also einem Analog-Digital-Wandler, zugeführt werden. Hier werden sie in bezug auf ihre physikalische Information digital verschlüsselt. Der Umsetzer W ist über einen Anschlußkanal mit einem Zwischenspeicher M verbunden; er gibt unmittelbar nach der Verschlüsselung einen digitalen Wert, der die physikalische Information charakterisiert, an diesen Zwischenspeicher M ab. Der Zwischenspeicher M besteht aus einer Anzahl ζ von Speicherzellen, in denen die digitalen Werte fortlaufend gespeichert werden. Das Einlesen in die Speicherzellen und das Auslesen der digitalen Werte auf das Magnetband T eines angeschlossenen Magnetbandgeräts B wird djurch ein Steuergerät S gesteuert. Die auf dem Ma-

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gnetband T aufgezeichneten Werte können mittels einer anschließbaren elektronischen Datenverarbeitungsanlage C mit einer geeigneten Software ausgewertet werden. Hier werden z. B. die digitalen Werte mit gleicher Adresse gesammelt und in entsprechenden Kanälen aufsummiert. Die elektronische Datenverarbeitungsanlage C benötigt keinen exzessiven Speicher für die vielen verschiedenen Adressen, da das Magnetband T mehrfach abgespielt werden kann.

Aue dem dem Vielkanal-Registriergerät zugrundeliegenden Verfahren ergibt sich, daß zwecks Erzielung einer maximalen Auflösung die lesezeit des Zwischenspeichers M für einen digitalen Wert kleiner oder allenfalls gleich sein I muß der Totzeit des Detektors D zwischen zwei Impulsen bzw. der Umwandlungszeit des Umsetzers W für einen Impuls. Diese Bedingung ist z. B. durch die Verwendung eines Kernspeichers als Zwischenspeicher M in Verbindung mit den eingangs erwähnten Detektoren leicht zu erfüllen.

Entscheidend ist nun, daß die vom Umsetzer W digitalisierten Werte x.., x„, x,, ... der entsprechenden Detektorim-"pulse im Zwischenspeicher M ohne Lücken gespeichert und später auch unter Wahrung ihrer zeitlichen Reihenfolge ausgelesen werden. In Figur 1 sind beispielsweise die drei digitalen Werte x.., x_?, x, bereits im Zwischenspeicher M gespeichert, während der folgende Wert x. gerade ™ vom Umsetzer V/ umgesetzt wird. - Das Steuergerät S steuert das Auslesen der Werte so, daß zunächst x^, anschließend ϊρι dann x^ usw. ausgelesen wird.

Die digitalen Werte werden in der zeitlichen Reihenfolge, in der die entsprechenden Impulse vom Detektor D abgegeben werden, in den Zwischenspeicher M übernommen. Dabei tritt eine Kompression der digitalen Werte auf, wobei die genaue zeitliche Zuordnung der eintreffenden Impulse verlorengeht. Für viele Zwecke ist es aber erwünscht, den Zeitpunkt der eintreffenden Impulse oder weitere physika-

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lische Informationen aufzuzeichnen. Das geschieht mit Hilfe eines Zeitmarkengebers Z. Damit lassen sich auch zeitlich veränderliche Vorgänge registrieren und auswerten.

Nach Figur 1 ist ein Zeitmarkengeber Z gleichfalle an den Zwischenspeicher M angeschlossen. In periodischen oder nichtperiodischen Zeitabständen werden Zeitmarken in den Zwischenspeicher M eingelesen, die beim Auslesevorgang gleichfalls auf das Magnetband T gelangen. - Der Zeitmarkengeber Z kann aber auch an den Umsetzer W oder an das Magnetbandgerät B angeschlossen werden.

Oft ist jedoch die Kenntnis der ganz exakten zeitlichen Zuordnung der einireffenden Impulse ohne Interesse, etwa wenn sich eine physikalische Größe, die die Emission der auf den Detektor D einfallenden Strahlung oder Korpuskeln beeinflußt (ζ. B. Drehwinkel der Probe), zeitlich linear oder nur sehr langsam ändert. Es genügt in diesem Fall, wenn der Zeitmarkengeber Z in größeren äquidistanten Zeitintervallen Zeitmarken abgibt. Die Zeitmarken werden dann zweckmäßigerweise als selbständige digitale Werte •auftreten, die den digitalisierten Impulsen gleichgeordnet sind.

Ist es dagegen erwünscht, die genaue zeitliche Zuordnung der Impulse aufzuzeichnen, so sollte der Zeitmarkengeber Z direkt an den Umsetzer W angeschlossen werden. Die vom Umsetzer W abgegebenen digitalen Werte enthalten dann auch eine Information über den Eintreffzeitpunkt eines jeden Impulses. Die Zeitinformation ist in diesem Fall ein Bestandteil eines jeden auf das Magnetband T übertragenen digitalen Wertes.

Sollen weitere physikalische Informationen festgehalten werden, z. B. Temperatur, Drehwinkel einer Probe oder bei Serienmessungen die Nummern der einzelnen Messungen,

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so wird, wie in Figur 2 gezeigt, der Zeitmarkengeber Z von einem vorgeschalteten Aufnehmer A fremdgesteuert. Der Aufnehmer A gibt bei jeder schrittweisen Änderung der betreffenden physikalischen Größe einen Steuerimpuls an den Zeitmarkengeber Z. Bei Jedem Steuerimpuls liest dieser eine digitale Zeitmarke in den Zwischenspeicher M ein. Die zwischen zwei Zeitmarken vom Detektor D abgegebene Impulsfolge kennzeichnet somit einen konstanten physikalischen Zustand.

In Figur 1 wurde gezeigt, daß der Zwischenspeicher M über eine Einleseleitung mit dem Umsetzer W und über eine Ausleseleitung mit dem Magnetbandgerät B verbunden ist. In Figur 2 ist zusätzlich dargestellt, daß das Steuergerät S über eine erste Ansteuerzuleitung mit dem Umsetzer ¥ und über eine zweite Ansteuerzuleitung mit dem Magnetbandgerät B verbunden ist. Nach Eintreffen eines Impulses über die erste Ansteuerleitung beginnt das Steuergerät S das Einlesen des betreffenden digitalen Wertes in den Zwischenspeicher M, nach Besetzung eines bestimmten Teils der Speicherplätze wird über die zweite Ansteuerleitung • das Ablesen auf das Magnetband T gestartet.

Es kann auch von Bedeutung sein, den Zeitpunkt des Auslesens, des Ein- oder Abschaltens des Magnetbandes T zu registrieren. Dann wird der Zeitmarkengeber Z vom Steuer-

selbst
gerät S gesteuert, und die Zeitmarken kennzeichnen eine geräteinterne Zeitinformation, z. B. die des Ein- oder Abschaltens des Magnetbandgeräts B. Das ist in Figur 3 dargestellt.

Das in den Figuren 1 bis 3 prinzipiell dargestellte yielkanal-Registriergerät läßt sich z. B. für die Diffraktometrie von Kristallen mit Röntgenstrahlen einsetzen.

Dreht man bei einem Röntgendiffraktometer den auf einem Goniometerkopf Justierten Kristall um eine Achse, so än-

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dert sich mit der Winkeländerung das von einem primären Röntgenstrahl durch den Kristall erzeugte Beugungsbild. Bei einem üblichen Röntgengoniometer-Verfahren werden die Röntgenreflexe entlang einer Linie registriert. Dazu dient ein flächenhafter Film, der in zeitlicher Abhängigkeit von der Kristalldrehung hinter einer Schichtlinienblende verschoben wird (Weissenberg-Verfahren). Die Registrierung läßt sich nun bei einer derartigen Diffraktometeranordnung auch ohne Film auf direkte Weise durchführen. Dazu dient entweder ein flächenhafter Röntgendetektor hinter dem Probekristall oder ein linienhafter Röntgendetektor hinter einer Schichtlinienblende in Verbindung mit einem Vielkanal-Registriergerät gemäß der Er- W findung. Die gleichfalls registrierten Zeitinformationen können den Winkelkoordinaten zugeordnet werden. Bei der Auswertung des Magnetbandes T in der Datenverarbeitungsanlage C werden die digitalen Werte nach dem Auftreffort der Röntgenquanten im Detektor und/oder nach der Auftreffzeit klassifiziert.

Mit Hilfe der Figuren 4 und 5 wird gezeigt, wie eine ■diskontinuierliche Übertragung der digitalen Werte aus dem Zwischenspeicher M auf das Magnetband T vonstatten gehen kann. Bei der folgenden Betrachtung wird das aus Figur 1 bekannte Prinzip-Schaltbild eines erfindungsge- _ mäßen Vielkanal-Registriergeräts zugrunde gelegt. Der ^ Zwischenspeicher M und das Steuergerät sind dabei so eingerichtet, daß die Anzahl der pro Zeiteinheit abgelesenen Speicherplätze stets größer oder allenfalls gleich ist der mittleren Anzahl der pro Zeiteinheit vom Detektor D gelieferten Impulse. Dadurch wird erreicht, daß das Ablesen niemals das Einlesen überholen kann.

In Figur 4 werden zwei der ζ Speicherzellen des Zwischenspeichers M mit den Nummern m und η (z> n>m> 1) vorgegeben. Mit 1 wird dabei die Speicherzelle bezeichnet, in der nach Einschalten des Vielkanal-Registrierge-

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räts der erste digitale Wert gespeichert wird, mit 2 diejenige Speicherzelle, in der der zweite Wert gespeichert wird, usw. Eine unbesetzte Speicherzelle ist durch ihren Inhalt Null gekennzeichnet. Zunächst seien nur die Speicherzellen 1, 2 und 3 mit den Werten χ.., x„ und x, besetzt. Daß die Speicherzellen m, η und ζ nicht besetzt sind, ist in Figur 4 durch die Klammern um die Werte χ , χ und χ angedeutet. Ist nun der Inhalt der Speicherzelle η ungleich Null geworden, d. h. wurde in diese Speicherzelle ein digitaler Wert eingelesen, so wird das Magnetbandgerät B vom Steuergerät S gestartet, und es werden die Speicherzellen m bis η nacheinander auf das Magnetband T ausgelesen. Dabei werden diese Speicherzellen auf Null gesetzt. Inzwischen wurden bereits weitere Werte in die folgenden Speicherzellen n+1, n+2, ... eingelesen. Sobald der Inhalt der Speicherzelle m zu einem späteren Zeitpunkt ungleich Null wird, wird der Inhalt der Speicherzellen η bis ζ und sofort anschließend der Inhalt der Speicherzellen 1 bis m auf das Magnetband T ausgelesen, und diese Speicherzellen werden auf Null gesetzt, usw.

Das Magnetband T kann dabei durch zwei Zähler, die sich im Steuergerät S befinden, gestartet werden. Die Zähler geben jeweils nach Speicherung von (n-m) und (z-n+m-1) Werten einen Startimpuls an das Magnetbandgerät B ab. Auf diese Weise werden nach erfolgter Besetzung von zwei vorgegebenen Bereichen der ζ verfügbaren Speicherzellen des Zwischenspeichers M die in diesen Bereichen gespeicherten digitalen Werte an das Magnetband T nacheinander abgegeben.

Dieses Ableseverfahren hat übrigens den großen Vorzug, daß es - ohne jede Änderung des Aufbaus - auch für das Ablesen des Zwischenspeichers M angewendet werden kann, wenn die vom Detektor D abgegebene mittlere Impulsrate

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sehr klein ist gegenüber der Anzahl der pro Zeiteinheit abgelesenen Speicherplätze.

Eine andere Möglichkeit der diskontinuierlichen Datenübertragung ist in Figur 5 dargestellt. Die Übertragung auf das Magnetband T erfolgt hier in gleich großen Adressenblöcken. Die Anzahl ζ der Speicherzellen des Zwischenspeichers M ist dazu in ρ gleich große Speicherzellenblöcke unterteilt, die mit a^, a₂, ··· a bezeichnet sind. Diese Speicherzellenblöcke werden vom Steuergerät S nacheinander angesteuert. Jeweils z/p Werte werden nacheinander übertragen. Auch in diesem Fall kann ein Zähler im Steuergerät S vorgesehen werden, der jeweils nach erfolgter Speicherung von z/p Werten die Speicherzeilenblöcke zum Auslesen freigibt. Ist beispielsweise der vierte Speicherzellenblock a. voll besetzt, wird der erste Speicherzellenblock a^ ausgelesen, ist der fünfte Speicherzellenblock a,- besetzt, so wird der zweite Speioherzellenbiock a₂ ausgelesen, usw.

Zusätzlich zu den mittels der Figuren 4 und 5 erläuterten Möglichkeiten einer diskontinuierlichen Übertragung der digitalen Werte aus dem Zwischenspeicher M auf das Magnetband T gibt es eine weitere (nicht dargestellte) Möglichkeit, die als "quasi-kontinuierliche Übertragung" bezeichnet werden soll. Auch bei ihr kann das Auslesen das Einlesen nicht überholen. Sie ist insbesondere dann angebracht, wenn die vom Detektor D gelieferte Impulsrate zwar kleiner als die Anzahl der vom Magnetband T pro Zeiteinheit abgelesenen Speicherplätze, jedoch mit ihr vergleichbar ist, oder wenn eine vom Detektor D gelieferte, im Mittel hohe Impulsrate stark schwankt.

Bei dieser Übertragungsmethode werden nicht, wie in Figur 4 dargestellt, feste Werte η und m als feste Grenzen eines auszulesenden Speicherzellenbereiches verwendet. Bei ihr werden vielmehr die gespeicherten Werte nach Er-

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reichen eines vorgegebenen maximalen Speicherzellenabetandea so lange kontinuierlich auf das Magnetband T übertragen, bis ein vorgegebener minimaler Speicherzellenabstand zwischen der gerade zum Einlesen verwendeten und der gerade ausgelesenen Speicherzelle erreicht ist.

Diese Übertragungsmethode soll noch etwas verdeutlicht werden:

Der minimale Speicherzellenabstand sei d1, der maximale Speicherzellenabstand sei d2. Das Magnetbandgerät B wird erstmalig in Betrieb gesetzt, wenn der Zwischenspeicher M beinahe vollgeschrieben ist, d. h. wenn die Speicherzelle (d2+1) besetzt ist, und der Inhalt der Speicherzellen 1, 2, 3 ... wird sukzessive auf das Magnetband T übertragen. Ist der Zwischenspeicher M völlig voll, so kann das Einlesen in die ersten Speicherzahlen 1, 2, 3 ... des Zwischenspeichers M wieder beginnen,, da diese ja bereits vom Magnetband T abgelesen wurden. Da aber das Magnetband T im zeitlichen Mittel etwas schneller liest, als neue digitale Werte nachfolgen, wird die Anzahl der leeren Speicherzellen im Zwischenspeicher M mit der Zeit immer • größer. Ist die vorgegebene Minimalbesetzung d1 des Zwischenspeichers M erreicht, so wird das Ablesen so lange unterbrochen, wie wieder - wie am Anfang - der größte Teil des Zwischenspeichers M (maximaler Speicherzellenabstand d2) aufgefüllt ist.

Zur Realisierung dieser Übertragungsmethode sind im Steuergerät S mindestens zwei Zähler erforderlich, und zwar ein Zähler, der die Nummer der gerade besetzten Speicherzelle, und ein weiterer Zähler, der die Nummer der gerade ausgelesenen Zelle feststellt. Ein Vergleicher im Steuergerät S bildet die Differenz der beiden Nummern und vergleicht sie mit dem vorgegebenen minimalen und dem vorgegebenen maximalen Speicherzellenabstand d1 bzw. d2.

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Bei dieser Übertragungsmethode genügt es, Zähler einzusetzen, die bis 2z zählen können und dann auf 1 zurückspringen, und die weiterhin aufgrund _yeines Steuerimpulses von der gerade angezeigten Zahl die Zahl ζ subtrahieren können.

Im folgenden soll nun das Vielkanal-Registriergerät im Zusammenhang mit einer Anzahl von Teildetektoren erläutert werden.

Es wurde bereits eingangs erwähnt, daß eine matrixförmige Anordnung von unabhängigen Teildetektoren einen ortsempfindlichen Detektor darstellt. Soll ein derartiger ortsempfindlicher Detektor oder soll eine Parallelanordnung von linienhaft-ortsempfindlichen Detektoren mit einem Vielkanal-Registriergerät nach Figur 1, 2 oder 3 verwendet werden, so müssen die von den verschiedenen Teildetektoren und ihren Umsetzern abgegebenen digitalen Werte auf einem einzigen Anschlußkanal dem Zwischenspeicher M zugeführt werden.

Da die Impulse in den Teildetektoren statistisch aufeinanderfolgen, bilden auch die in den Zwischenspeicher M einfließenden digitalen Werte eine statistische Folge. Die statistische Folge im Anschlußkanal ist jedoch dichter gepackt als die Folge der Impulse am Ausgang der Einzeldetektoren. Jeder der Teildetektoren besitzt eine bestimmte Totzeit, welche in Verbindung mit der Totzeit des Vielkanal-Registriergeräts bei hohen Impulsraten Registrierverluste bewirkt. Hätte das Vielkanal-Registriergerät eine unendlich hohe Auflösung, so ließe sich die in dem Anschlußkanal eng gepackte Folge von digitalen Werten praktisch ohne Verluste registrieren, da echte Koinzidenz zweier Impulse in einer statistischen Gesamtheit sehr selten ist.

Da die Auflösung des Vielkanal-Registriergeräts Jedoch endlich ist, bestimmt sie die Regietrierverluste. Daher

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muß die elektronische Auflösung des Vielkanal-Registriergeräts so gewählt werden, daß die integral auf alle Teildetektoren auffallende Strahlung keine Registrierverluste erleidet. Der Vielkanal-Detektor kann formal durch einen einzigen Detektor mit einer stark herabgesetzten Totzeit gedacht werden. Diesem muß dann ein Vielkanal-Registriergerät mit entsprechend herabgesetzter Totzeit der Registrierung gegenüber gestellt werden.

Figur 6, 7 und 8 zeigen Ausführungsformen der Erfindung, bei denen eine Anzahl η von sequentiellen Teildetektoren miteinander kombiniert wurden. Es sind Vieikanal-Registriergeräte dargestellt, an die beispielsweise jeweils drei Teiidetektoren D_x, D , D mit nachgeschalteten Umsetzern W , W , W_ angeschlossen sind. Mit Hilfe der

Λ jf Z

drei Schaltungen kann ein Verlust von digitalen Werten beim Auftreten von Koinzidenz in den Teildetektoren D , D , D vermieden werden.

In Figur 6 ist ledern der Umsetzer W_, W„ und W_ ein Kurz-

x y ζ

Zeitspeicher N , N bzw. N nachgeschaltet; diese sind

Jr Z

• über eine gemeinsame Anschlußleitung mit dem Zwischenspeicher M verbunden. Ein Taktgenerator Tuist über drei Zuleitungen an die Steuereingänge der Kurzzeitspeicher Ν_χ, N , N angeschlossen. Der übrige Teil der Schaltung entspricht der aus Figur 5 bekannten Schaltanordnung.

Die Kurzzeitspeicher N_x, N , N_g werden vom Taktgenerator TGperiodisch zwecks Weitergabe der in ihnen gespeicherten digitalen Werte an den Zwischenspeicher M angesteuert. Die reziproke Taktfrequenz, d. h. die Zeit, in der von einem Kurzzeitspeicher zum anderen weitergeschaltet wird, darf dabei nicht größer sein als die Totzeit eines Teildetektors geteilt durch die Anzahl η der Teiidetektoren. Dadurch wird erreicht, daß niemals mehr als ein einziger digitaler Wert einen jeden der Kurzzeitspeicher N, N , N₂ besetzen kann. In dem dargestellten Beispiel wurde im

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ersten Takt der digitale Wert x. aus dem Kurzzeitspeicher N in den Speicherzellenblock a.j des Zwischenspeichers M eingelesen, im zweiten und dritten Takt wurden keine Werte eingelesen; im vierten Takt wurde X₂, im fünften Takt y^ aus dem Kurzzeitspeicher N , im sechsten Takt der Wert z^ aus dem Kurzzeitspeicher N_ eingelesen; im siebten Takt wurde kein digitaler Wert übertragen, im achten Takt wurde der Wert y₂ aus dem Kurzzeitspeicher N übertragen. Im folgenden Takt wird der Wert z, aus dem Kurzzeitspeicher N₂ in den Speicherzellenblock a^ übertragen werden, usw. Selbst wenn zwei digitale Werte genau gleichzeitig in zwei der Kurzzeitspeicher N , N und N₂ eintreffen, ist ihre getrennte Registrierung im Zwischenspeicher M ohne Schwie- ψ rigkeiten möglich.

In Figur 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Vielkanal-Registriergeräts dargestellt, das sich nicht nur durch den anders gearteten Anschluß des Zeitmarkengebers Z₁ sondern auch durch eine besonders einfache Art der Ansteuerung der Kurzzeitspeicher N , N und N₂ von dem in Figur 6 gezeigten Gerät unterscheidet. Bei Verwendung von beispielsweise drei Teildetektoren D_x, D , D₂ ist ein dreistufiges Umlaufregister U_x, U , U₂ vorgesehen, das mit dem kontinuierlich laufenden Taktgenerator TG verbunden ist. Das Umlaufregister U , U , U_ kann in jeder Stufe angehalten

χ y ζ

und wieder gestartet werden. Es wird aus einfachen Flip-P Flop-Schaltungen aufgebaut.

Erhält z. B. das Teilregister U beim Umlauf einen Ansteuerimpuls vom Taktgenerator TG und steht im zugehörigen Kurzzeitspeicher N gerade ein digitaler Wert x,, so wird das Umlaufregister U , U , U₂ gestoppt, und der im Kurzzeitspeicher υ_χ gespeicherte Wert x, wird aufgrund eines Steuerbefehls in den Zwischenspeicher M übertragen. Anschließend wird das Umlaufregister bei der Stufe U wieder gestartet.

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Die Frequenz des Taktgenerators TG sollte möglichst hoch sein. Werden z. B. vier Teildetektoren verwendet, wobei die Totzeit pro Teildetektor einschließlich Umsetzer 10 /usec beträgt, dann muß allenfalls alle 2,5 /usec ein digitaler Wert aus jedem der zugehörigen Kurzzeitspeicher in den Zwischenspeicher M übertragen werden. Beträgt die zum Übertragen eines Wertes in eine Speicherzelle benötigte Zeit 2 /usec, dann muß ein Umlauf des Umlaufregisters in maximal 0,5 /usec erledigt sein. Der Taktgenerator TG muß also eine Frequenz von mindestens 6 MHz liefern können.

Bei einer großen Anzahl von Teildetektoren D , D , D_z, wird die Anforderung an die elektronische Auflösung für das Einlesen in die Kurzzeitspeicher N, N , N , ... beträchtlich. Das in Figur 8 dargestellte Ausführungsbeispiel vermeidet diesen Nachteil.

In Figur 8 sind die ζ Speicherzellen des Zwischenspeichers M in ρ gleich große Speicherzellenblöcke unterteilt. Das ist bereits aus Figur 5 bekannt. Zusätzlich ist jeder Speicherzellenblock noch in drei Unterblöcke unterteilt. Die indizierte Zahl gibt die Nummer des Speicherzellenblocks an, die Buchstaben a, b, c kennzeichnen hier die drei Unterblöcke. Jedem Teildetektor D_x, D_, D₂ mit angeschlossenem Umsetzer W_x, W , W₂ ist dabei in jedem Speicherzellenblock ein Unterblock zugeordnet. Beispielsweise ist dem Teildetektor D_x der Unterblock a^ aus dem ersten Speicherzellenblock (a.j b.j Cj), ferner der Unterblook a« aus dem zweiten Speicherzellenblock (a₂ b₂ C₂) zugeordnet, usw.

Hinsichtlich des Einlesens der digitalen Werte in den Zwischenspeicher M besteht das Ausführungsbeispiel nach Figur 8 im Prinzip aus drei parallelen Anordnungen nach Figur 1. Hinsichtlich des Auslesens sind die Speicherzellenblöcke Ca₁ b₁ C₁), (a₂ b₂ C₂), (a* b, c,), ... durch das Magnetbandgerät B jedoch sequentiell verbunden. Die

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Übertragung auf das Magnetband T kann z. B. so erfolgen, daß zunächst der dem Teildetektor D zugeordnete Unterblock a.. , dann der dem Teildetektor D zugeordnete !Interblock b.p schließlich der Unterblock C₁, anschließend wieder der Unterblock a~, dann der Unterblock bp, usw. abgelesen wird. Diese Anordnung besitzt den Vorteil, daß die elektronische Auflösung des Zwischenspeichers M der elektronischen Auflösung eines einzelnen Teildetektors mit nachgeschaltetem Umsetzer entsprechen kann.

Figur 9 zeigt ein Vielkanal-Registriergerät gemäß der Erfindung mit einer ausführlichen Darstellung einer Steuereinrichtung zur Übertragung der digitalen Werte. Dazu sind eine Speichersteuerung SPS, eint Bandsteuerung BS, zwei Blockzähler BZ1 und BZ2, zwei Adressregister AR1 und AR2 und ein Vergleicher V vorgesehen. Der Zwischenspeicher M enthält 8 k = 2 ^ Speicherzellen. Er soll ζ = 2 's 8192 16-bit-Worte speichern können. Die Speicherzellen werden von O bis ζ durchlaufend numeriert. Sie werden zu ρ Blöcken zusammengefaßt, wobei ein Block z. B.

1 k, d. h. 2 ° Speicherzellen (p = 8), umfaßt.

Es soll im folgenden die Aufzeichnung des 1-ten vom Detektor D gelieferten Impulses auf das Magnetband T betrachtet werden. - Zu Beginn jeder Messung stehen die Adressregister AR1 und AR2 sowie die Blockzähler BZ1 und BZ2 auf O. Die vom Detektor D (z. B. nach Borkowski) gelieferten Impulse werden im Umsetzer W digitalisiert. Der Umsetzer W gibt nach der Konvertierung des 1-ten Detektorimpulses, d. h. bei Erreichen des Endes der Umwandlung in einen digitalen Wert, einen Ansteuerimpuls über Zuleitung

2 an den Eingang "Zyklus anfordern" ZA1 der Speichersteuerung SPS. Dadurch wird der Speichersteuerung SPS mitgeteilt, daß die Zuleitung 1 jetzt einen Arbeitszyklus benötigt. (Jeder zu registrierende Detektorimpuls verlangt ▼on der Speichersteuerung SPS einen eigenen Zyklus.) Daraufhin übernimmt die Speichersteuerung SPS über Zuleitung 3

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und Eingang "Adresse ein" AE1 die im Adressregister AR1 stehende Zahl 1, die eine der fortlaufenden Zahlen von bis ζ ist. (1-1) ist demnach die "bereits im Zwischenspeicher M gespeicherte Anzahl von digitalen Werten. Sodann speichert der Zwischenspeicher M in der Speicherzelle 1 den vom Umsetzer W über Zuleitung 1 in den Eingang "Daten ein" DE1 der Speichersteuerung SPS gelangten digitalen Wert. Gleichzeitig werden über Zuleitung 4 der Inhalt des Adressregisters AR1 und der Inhalt des Blockzählers BZ1 durch Abgabe eines Impulses aus dem Ausgang "Zyklus" Z1 der Speichersteuerung SPS um 1 auf die Zahl (1+1) erhöht (inkrementiert).

Die Speicherung das (l+1)-ten Detektorimpulses erfolgt auf entsprechende Weise.

Ist im Zwischenspeicher M einer der ρ Blöcke mit z. B. jeweils 1 k (entsprechend z/p = 1024) Speicherzellen vollgeschrieben, so wird das Magnetbandgerät B über Zuleitung und über den Eingang "Start" ST des BandSteuergeräts BS in folgender Weise gestartet:

.Nach Registrierung des z/p-wen Detektorimpulses springt die im Blockzähler BZ1 registrierte Zahl nicht auf (z/p+1), sondern auf 0 (Überlauf). Es kann aber auch ein Blockzähler BZ1 gewählt werden, der bei (2 p/z+1) oder (4 p/z+1) auf 0 zurückspringt. Der Blockzähler BZ1 gibt in diesem Augenblick über Zuleitung 5 einen Startimpuls an den Eingang "Start" ST des Bandsteuergeräts BS, welches das Magnetband T in Betrieb setzt. Sollte das Magnetband T noch laufen, so wird der Weiterstart in dem Bandsteuergerät BS gespeichert. Die in dem betreffenden Block im Zwischenspeicher M gespeicherten Werte werden über Ausgang "Daten aus" DA2 der Speichersteuerung SPS und Zuleitung 11 an das Bandsteuergerät BS und von dort an das Magnetband T abgegeben.

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Die Übertragung der gespeicherten digitalen Werte geschieht dabei folgendermaßen: Das Bandsteuergerät BS fordert nach Erhalt des Startimpulses über Zuleitung 12 und Eingang "Zyklus anfordern" ZA2 von der Speichersteuerung SPS einen Zyklus an. (Jeder aus dem Speicher M auf das Magnetband T übertragene Wert eines Blockes verlangt von der Speichersteuerung.SPS einen eigenen Zyklus.) Daraufhin übernimmt die Speichersteuerung SPS über Zuleitung 13 und über den Eingang "Adresse ein" AE2 aus dem Adressregister AR2 die darin stehende Adresse, also z. B. die Zahl m. (m-1) bezeichnet demnach die Anzahl der aus dem Zwischenspeicher M bereits ausgelesenen Speicherzellen. Dadurch wird die betreffende Speicherzelle des Zwischenspeichers M mit m adressiert. Der Inhalt der Speicherzelle m wird anschließend in der beschriebenen Weise über Ausgang "Daten aus" DA2 und Zuleitung 11 der Speichersteuerung SPS auf dem Magnetband T aufgezeichnet. Nach dem Auslesen wird der Inhalt der Speicherzelle m gelöscht. Am Ende des m-ten Zyklus werden Adressregister AR2 und Blockzähler BZ2 um 1 auf (m+1) erhöht. .Sodann wird zum Auslesen des Inhalts der Speicherzelle (m+1) des Zwischenspeichers M ein weiterer Zyklus angefordert, usw.

Ist der gesamte Speicherinhalt des betreffenden Blocks mit z/p Speicherzellen auf das Magnetband T geschrieben, wird der Inhalt des Blockzählers BZ2 nicht auf (z/p+1), sondern auf O gestellt (Überlauf). Dadurch wird über Zuleitung 15 ein Impuls an den Eingang "Stop" SP des Bandsteuergeräts BS gegeben, der das Magnetband T anhält. Für das Anhalten ist jedoch vorausgesetzt, daß durch die weiterlaufende Abgabe von digitalisierten Werten durch den Umsetzer W nicht ein weiterer Block im Zwischenspeicher M zum Auslesen freigegeben wurde.

Beim Start einer Messung läuft immer das Adressregister AR1 dem Adressregister AR2 voraus. Hat AR1 den digitalisierten

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Wert eines Detektorimpulses in die letzte Speicherzelle ζ adressiert, springt es auf 0 zurück. Nun läuft Adressregister AR2 dem Adressregister AR1 voraus. Nach Erreichen der Zahl ζ springt auch Adressregister AR2 auf 0 zurück. Es könnte bei diesem Verfahren durch Anlieferung einer zu großen Detektor-Impulsrate der Fall eintreten, daß das Adressregister AR2 das Adressregister AR1 einholt.

Durch eine zusätzliche Schaltung wird daher überprüft, ob im Zwischenspeicher M noch Speicherplätze frei sind, oder ob die vom Detektor D gelieferte Impulsrate zur Verarbeitung mit dem Vielkanal-Registriergerät zu hoch ist. Dazu wird bei jedem Arbeitszyklus die im Adressregister AR1 stehende Zahl in einem Vergleicher V mit der im Adress register AR2 stehenden Zahl verglichen. Sind die beiden Zahlen gleich groß - ausgenommen bei den Zahlen 0 beim Start -, so bedeutet das, daß sämtliche ζ Speicherzellen des Zwischenspeichers M mit Werten gefüllt sind, die noch nicht vom Magnetband T übernommen worden sind. In diesem Fall gibt der Vergleicher V über Zuleitung 6 einen Impuls an den Umsetzer W zum Abschalten des Vielkanal-Registrier-"geräts.

In Figur 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Vielkanal-Registriergeräts dargestellt, bei dem eine Anzahl von Schieberegistern oder Ringspeichern als Zwischenspeicher M verwendet wird. Der Vorteil gegenüber anderen Zwischenspeichern besteht insbesondere darin, daß diese Schieberegister oder Ringspeicher schneller sind und daß die erforderliche Steuereinrichtung recht einfach aufgebaut werden kann.

Bei Beginn einer Messung sind die drei Schieberegister SR1, SR2 und SR3 zunächst leer. Die mit ihnen über die Zuleitungen 1, 2 und 3 verbundenen Datengatter G1, G2 und G3j die als Weichen wirken, sind von der Speicher-

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steuerung SPS über die Auswahlleitungen 7, 8 und 9 so gesetzt, daß die im Umsetzer W digitalisierten Impulse des Detektors D über die Zuleitungen 4 und 1 in das Schieberegister SR1 gelangen können. Ein vom Umsetzer W am Ende einer jeden Konvertierung über Zuleitung 5 an den Eingang "Daten abgeben" DA der Speichersteuerung SPS abgegebener Impuls wird über die Zuleitungen 1', 2¹ und 3' an die entsprechenden Schieberegister SR1, SR2 bzw. SR3 weitergegeben und bewirkt ein Weiterschieben der dort gespeicherten digitalen Werte um einen Platz. Ist das Schieberegister SR1 gefüllt, wird die Erfassung der digitalen Werte mittels der Datengatter G1, G2 und G3 auf P das Schieberegister SR2 umgeschaltet.

Die Speichersteuerung SPS startet gleichzeitig die Bandeteuerung BS über Zuleitung 16 und Eingang "Start" ST. Die mit den Schieberegistern SR1_f SR2 und SR3 über die entsprechenden Zuleitungen 11, 12 bzw. 13 verbundenen Datengatter G11, G12 und G13 sind dabei über die Zuleitungen 17, 18 bzw. 19 "von der Speichersteuerung SPS so gesetzt worden, daß zunächst nur die im Schieberegister SR1 gespeicherten Werte über die Zuleitungen 11 und 14 sowie über die Bandsteuerung BS auf das Magnetband T des Magnetbandgeräts B übertragen werden. Nach jeder Übertragung ei- ^ nes digitalen Wertes gibt die Bandsteuerung BS über Zulei- ^ tung 15 einen Impuls an den Eingang "Daten holen¹¹ DH der Speichersteuerung SPS. Wenn das Schieberegister SR1 leer ist, erfolgt über Leitung 11' (die Schieberegister SR2 und SR3 besitzen entsprechende Zuleitungen 12' bzw. 13') eine leer-Meldung an die Speichersteuerung SPS, die über Zuleitung 20 und Eingang "Stop" SP die Bandsteuerung BS und damit das Magnetband T anhält. Ist nun das Schieberegister SR2 mit digitalen Werten gefüllt, so werden die Rollen von Schieberegister SR1 und Schieberegister SR2 wiederum vertausch^ d. h. der Inhalt des Schieberegisters SR2 wird auf das Magnetband T aufgezeichnet und Schieberegister SR1 wird mit Werten gefüllt, usw.

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Sollte sich eines der beiden Schieberegister SR1 oder SR2 schneller mit digitalen Werten füllen als dae andere von der Bandsteuerung BS geleert »erden kann, so wird die Aufzeichnung auf das Schieberegister SR3 mittels der Datengatter G1, G2 und G3 umgeschaltet. Die im Schieberegister SR3 gespeicherten Werte werden in entsprechender Weise auf das Magnetband T ausgelesen.

Bei einer kurzzeitig auftretenden hohen Impulsrate kann es vorkommen, daß zwei Schieberegister bereits mit digitalen Werten gefüllt sind, während das dritte Schieberegister noch nicht auf das Magnetband T ausgelesen ist. In diesem Fall wird der Umsetzer W über Zuleitung 6 von der Speichersteuerung SPS abgeschaltet.

Als abschließendes Beispiel soll das Vielkanal-Registriergerät gemäß der Erfindung in Verbindung mit einem Röntgenstrahl-Diffraktometer betrachtet werden. Der zahlenmäßige Vergleich mit einem bisher üblichen Röntgenstrahl-Diffraktometer wird seine besonderen Vorzüge auf diesem Arbeitsgebiet deutlich machen.

Die Impulslieferung in einem Röntgendetektor ist ein statistischer Prozeß. Auch wenn die auflösbare Zeit zwischen zwei auftretenden Detektorimpulsen sehr kurz sein kann, so ist die mittlere Zeit zwischen zwei Impulsen, welche die pro Zeiteinheit zu registrierende Impulsmenge charakterisiert, doch sehr viel langer. Die Registrierzeit moderner schneller Speicher (Kernspeicher) entspricht der Totzeit moderner Detektoren einschließlich ihrer Umsetzer. Die Registrierzeit zweier digitalisierter Werte auf einem Magnetband ist gerade etwa gleich der mittleren Zeit zwischen dem Eintreffen zweier Detektorimpulse.

Es hat sich bei der Röntgenstrukturuntersuchung von Protein kristallen gezeigt, daß die mittlere Anzahl der pro Reflex

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registrierten Impulse ungefähr 3000 pro Minute beträgt, wenn ein Kristall mit einer Kantenlänge von 0,5 bis 1 mm betrachtet wird. Diese Reflexe sind der Untergrundstrahlung überlagert. Weiterhin hat sich bei einer Messung mit dem Szintillationszähler gezeigt, daß ein solcher Kristall in einen Raumwinkel von 1° bei Verwendung von nicht monochromatisierter Kupfer-Röntgenstrahlung (übliche Belastung der Kupfer-Röntgenröhre in der Größenordnung von 1 kW) etwa 500 Impulse pro Minute als Untergrundstrahlung ausstrahlt. Ein Proteinkristall liefert Reflexe maximal bis zu einem Winkel 2i?von 60°. Die insgesamt in einem Öffnungswinkel von 120° ausgestrahlte Untergrundstrahlung beträgt damit etwa 1,2 · 10 Impulse pro Minute.

Es ist bemerkenswert, daß die mit einem flächenhaften Detektor pro Minute insgesamt registrierte Anzahl von Impulsen, welche den Reflexen zuzuordnen ist, sehr viel geringer ist als die Anzahl der Untergrund impulse: Bei einer mittleren Impulszahl von 3000 Impulsen pro Minute und pro Reflex werden bei gleichzeitiger Registrierung von 100 Reflexen nicht mehr als 3 · 10 Impulse pro Minute registriert. Erst bei der gleichzeitigen Registrierung von 500 Reflexen ist die Anzahl von Refleximpulsen etwa gleich der Anzahl von Untergrundimpulsen. (Derartig große Reflexzahlen treten nur bei sehr groß-periodischen Proteinkristallen auf, bei denen der maximale Winkel 2-0" wesentlieh kleiner ist als 60°.

Man erkennt aus dieser Überlegung, wie wichtig es ist, den Untergrund herabzusetzen; ist doch bei der gleichzeitigen Registrierung der gesamten Streustrahlung bei Verwendung nicht-monochromatisierter Strahlung fast die gesamte Strahlung Untergrundstrahlung. Durch Verwendung von Graphitmonochromatoren läßt sich z. B. die Untergrundstrahlung um bestenfalls eine Größenordnung reduzieren.

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Ein schnelles Magnetbandgerät registriert üblicherweise 90 •■10'* Bytes pro Sekunde (1 Byte = 8 bit). Rechnet man mit 24-bit-Worten der digitalisierten Impulse, so registriert ein solches Magnetbandgerät folglich 1,8 · 10 Werte pro Minute. (Bei 12-bit-Worten beträgt die Anzahl der pro Minute registrierten Werte 3,6 · 10 .) Aus diesen Daten ergibt sich, daß die Anzahl der pro Zeiteinheit abgegebenen Detektorimpulse selbst im ungünstigsten Fall von nicht-monochromatisierter primärer Röntgenstrahlung von derselben Größenordnung ist wie die Anzahl der Impulse, die ein schnelles Magnetband registrieren kann.

Die nach dem neuen Verfahren auf einem Magnetband gespeicherten Informationen über die Röntgenstruktur eines Kristalls lassen sich mit denen vergleichen, die auf einem fotografischen Film als Aufnahmemedium festgehalten werden.

Es ist ein automatisches Fotometer (Nguyen-huu Xuong, J. Sei. Instr. (J. Phys. E), 1969, Series 2, Volume 2, Seiten 485 bis 489) bekannt, welches zu Röntgenstrukturun-•tersuchungen herangezogen wird. Ein derartiges Fotometer speichert den gesamten Bildinhalt einer Röntgenaufnahme, z. B. einer Präzessionsaufnahme mit 12 cm · 12 cm Fläche, auf einem Magnetband. Dazu wird der Film auf eine Trommel gespannt, und seine Schwärzungswerte werden in Parallelbahnen mit einer Lichtsonde von 50 /U Durchmesser abgetastet. Durch diese Rasterung wird die Röntgenaufnahme in etwa 6 «.10 Punkte aufgeteilt. Die Schwärzungswerte der einzelnen Punkte werden gemessen und auf einem Magnetband registriert.

Die mit diesem Verfahren gewonnene Information entspricht der Information, die oben für die Direktregistrierung der Impulse mit einem flächenhaften Röntgendetektor abgeschätzt wurde.

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Mit Hilfe beider Verfahren v/erden also Meßergebnisse über die Struktur eines Kristalls gespeichert: Im Verfahren mit dem Vielkanal-Registriergerät ohne Umweg über den Film und seine Entwicklung durch Direktregistrierung, im Verfahren mit dem Fotometer durch Aufnahme der Intensitätswerte durch Abtastung eines Films. Die registrierte Informationsmenge ist bei beiden Verfahren dieselbe. Da aber zwischen der Empfindlichkeit einer Fotoschicht und der bei der Direktregistrierung ein Faktor der Größenordnung 1Ü0 liegt, ergibt sich für die Direktmessung nicht nur eine wesentlich höhere Genauigkeit, sondern auch eine um den Faktor von etwa 100 verringerte Meßzeit.

18 Patentansprüche
10 Figuren

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Registrierung von schnell aufeinanderfolgenden Impulsen, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem Detektor (D) abgegebenen Impulse in einem Umsetzer (W) in bezug auf ihre physikalische Information digital verschlüsselt werden, daß der Umsetzer (W) nach der Verschlüsselung eines jeden Impulses einen entsprechenden digitalen Wert an einen Zwischenspeicher (M) abgibt, daß die digitalen Werte auf ein Magnetband (T) so übertragen werden, daß im Zwischenspeicher (M) stets unbesetzte Speicherplätze für nachfolgende Vierte zur Verfugung stehen, und daß Zeitmarken auf das Magnetband (T). aufgebracht v/erden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der abgelesenen Speicherplätze pro Zeiteinheit größer oder allenfalls gleich der mittleren Anzahl der pro Zeiteinheit vom Detektor (D) gelieferten Impulse ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Zeitmarken weitere physikalische Informationen registriert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung aer digitalen Werte aus dem Zwischenspeicher (M) auf das Magnetband (T) diskontinuierlich erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der digitalen Werte aus dem Zwischenspeicher (M) auf das Magnetband (T) diskontinuierlich in gleich großen Adressenblöcken erfolgt.

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6. Vielkanal-Registriergerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Charakterisierung physikalischer Größen Impulse abgebender Detektor (D) an einen die physikalische Information der Impulse in entsprechende digitale Werte umsetzenden Umsetzer ("V»') angeschlossen ist, daß der Umsetzer (W) zur fortlaufenden Speicherung der digitalen Werte mit einem Zwischenspeicher (M) verbunden ist, daß dem Zwischenspeicher (M) ein Magnetbandgerät (B) mit einstellbarer Aufnahmegeschwindigkeit des Magnetbandes (T) nachgeschaltet ist, daß ein Steuergerät (S) mit dem Zwischenspeicher (M) und dem Magnetbandgerät (B) ver-

" bunden ist, daß ein digitale Werte abgebender Zeitmarkengeber (Z) zur Erzeugung von Zeitmarken auf dem Magnetband (T) des Magnetbandgeräts (B) vorgesehen ist, und daß das Magnetbandgerät (B) an eine elektronische Datenverarbeitungsanlage (C) anschließbar ist.

7. Vielkanal-Registriergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitmarkengeber (Z) an den Zwischenspeicher (M) angeschlossen ist.

8. Vielkanal-Registriergerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitmarkengeber (Z) fremd-

^ gesteuert ist.

9. Vielkanal-Registriergerät nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitmarkengeber (Z) vom Steuergerät (S) angesteuert ist.

10. Vielkanal-Registriergerät nach Anspruch 6 oder einem der folgenden Ansprüche zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl (z) der Speicherzellen des Zwischenspeichers (M) ⁱⁿ Ip) gleich große Speicherzellenblöcke (a.j, a₂, ... a )

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unterteilbar ist, und daß die Speicherzellenblöcke (a.., a„, ... a ) hinsichtlich des Auslesens ihres Inhalts auf das Magnetband (T) vom Steuergerät (S) nacheinander ansteuerbar sind.

11. Vielkanal-Registriergerät nach Anspruch 6 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (D) aus einer Anzahl (n) von Teildetektoren (D , D , D) aufgebaut und daß jedem Teildetek-

Λ Jf Zi

tor (D , D , D) ein Umsetzer (W , W, W) nachgeschal-

-A Jr Z Jt j 2

tet ist.

12. Vielkanal-Registriergerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Umsetzer (W , W , W ) ein

Λ Jr Z

Kurzzeitspeicher (Ν_χ, N , N_g) nachgeschaltet ist, daß die Kurzzeitspeicher (N , N , N) mit dem Zwischen-

X Jf Z

speicher (M) verbunden sind, und daß zur Ansteuerung und zwecks Weitergabe der in den Kurzzeitspeichern (Ν_χ, N , N) gespeicherten Werte an den Zwischenspeicher (M) ein Taktgenerator (TG) vorgesehen ist.

'13. Vielkanal-Registriergerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgenerator (TG) mit einem Umlaufspeicher (U , U, U) verbunden ist.

λ Jr Z

14» Vielkanal-Registriergerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die (z) Speicherzellen des Zwischenspeichers (M) in (p) gleich große Speicherzellenblöcke (a.j b.j C₁; a₂ b₂ C₂; ... ; a b ο ) und diese wiederum in eine der Anzahl (n) der Teildetektoren (D , D , D) entsprechende Anzahl von Unterblöcken (a.j b₁ C₁; a₂ b₂ C₂; ... ; a b c ) unterteilbar sind, und daß jedem Umsetzer (W_x, W , W₂,) in jedem Speicherzellenblock ein Unterblock zugeordnet ist.

15. VieJLkanal-Registriergerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Unterblock ein eigenes

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Magnetbandgerät (B) vorgesehen ist.

16. Viellfanal-Regis triergerät nach Anspruch 6 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzer (W) mit Organen zum Einstellen von Grenzen für die digitalen Werte versehen ist.

17. Vielkanal-Registriergerät nach Anspruch 6 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (D) ein ortsempfindlicher Detektor ist.

18. Vielkanal-Registriergerät nach Anspruch 6 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

der Detektor (D) eine SEC-Röhre ist.

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