DE2150180A1

DE2150180A1 - Vorrichtung zum Auswerten der Steigung eines Signals

Info

Publication number: DE2150180A1
Application number: DE19712150180
Authority: DE
Inventors: Allington Robert W
Original assignee: Instrumentation Specialties Co
Current assignee: Instrumentation Specialties Co
Priority date: 1970-11-17
Filing date: 1971-10-07
Publication date: 1972-05-31
Also published as: DE2150180C3; FR2113825B3; GB1341065A; US3711779A; FR2113825A7; DE2150180B2

Description

Patentanwälte

Br.-Ing. Wilbeim Reichel Dipl-ing. Wolfgang Rachel

6 Frankfurt a. M. 1
Parkstraße 13

6664

INSTEUMENTATION SPECIALTIES COMPANY, Lincoln, Nebraska, VStA.

Vorrichtung zum Auswerten der Steigung eines Signals

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Auswerten der Steigung eines Signals und sie befaßt sich insbesondere mit einer Vorrichtung zum Bestimmen und Auswerten der Steigung oder der Änderungsgeschwindigkeit von zeitlich veränderlichen elektrischen Signalen.

Vorrichtungen zum Bestimmen und Auswerten der Steigung von zeitlich veränderlichen Signalen werden häufig bei der Verarbeitung von Ausgangssignalen verschiedener chemischer oder physikalischer Untersuchungsgeräte, beispielsweise Gas- oder Plussigkeits Chromatographen verwendet. Bei Gas- oder PlüssigkeitsChromatographen folgen die Ausgangssignale einer Grundlinie, die durch hervorragende Hööker unterbrochen ist. Diese Hocker beinhalten die

209823/0963

Information von verschiedenen Komponenten, der Strömungsmittelmischung, die untersucht werden soll.

Die Analyse dieser Hocker macht häufig eine Bestimmung ihrer Amplitude notwendig. In anderen Fällen kann die Fläche, die von den Höckern umfaßt ist, sowie ihre Grundlinie für die Untersuchung interessant sein. In allen diesen Fällen werden die Signale, die durch die Hocker dargestellt sind, integriert. In anderen Fällen ist es notwendig festzustellen, wann die Hocker auftreten. Es ist ferner notwenig, die Hocker von Fremdhöckern, die durch Rauschen entstehen, zu unterscheiden, da sich durch diese Fremdhöcker unerwünschte elektrische Änderungen ergeben, die keinen Einfluß bei den Untersuchungen, die durchgeführt werden, haben sollen. Viele Analysen erfordern Informationen, die sich aus der Steigung der Signale, die verarbeitet werden sollen, ergeben. Um die Steigung der Signale, die ausgewertet v/erden sollen,' zu bestimmen, verwenden Analyseeinrichtungen häufig eine Widerstands-Xondensator-Schaltung, die ein stetiges Analogpotential bildet, welches dem Differential des.Signals, welches analysiert oder ausgewertet werden soll, entspricht. Einrichtungen, die solche Widerstands-Kondensator-Steigungsnachweis-Schaltungen verwenden, weisen häufig Ungenauigkeiten auf, da sie das. Ansprechen der Untersuchungsinstrumente auf elektrisches Rauschen nichi; genügend unterdrücken können. Ferner lassen sich ihre Analog-Steigungsnachweis-Schaltungen nur schwierig an die digitalen Auswertschaltungen und Logikeinrichtungen anpassen.

Ferner wird bei diesen Einrichtungen durch die Signale, die von" den Steigungsnachweis-Schaltungen abgegeben werden, nur

../3 209823/0963

eine unzureichende Information über die Eigenschaft und die Vorgeschichte der Steigung des Signals, welches ausgewertet werden soll, gegeben, so daß eine wahlweise Auswertung möglich wird. Außerdem wird durch diese Einrichtungen die Abgabe der Information schwieriger. Die Empfindlichkeit dieser Schaltungen stellt-oft ein besonderes Problem dar.

Gemäß der Erfindung werden die oben genannten Nachteile bei einer Einrichtung zum Auswerten der Steigung eines Signals der eingangs erwähnten Art dadurch überwunden, daß eine Eingangseinrichtung vorgesehen ist, die das Signal, dessen Steigung ausgewertet werden soll, weiterleitet, daß eine Speichereinrichtung einen Viert speichert, der einem zugeführten Signal entspricht, daß ein Taktgeber vorgesehen ist, daß eine Schaltungseinrichtung auf die Signale des Taktgebers dadurch anspricht, daß sie das Signal der Eingangseinrichtung der Speichereinrichtung mit Unterbrechungen in nacheinanderfolgenden Zeitabschnitten zuführt, so daß die aufeinanderfolgenden Werte dort gespeichert werden, und daß eine Abtasteinrichtung die Änderung des Wertes, der in der Speichereinrichtung gespeichert ist, abtastet.

Gemäß der Erfindung werden also die Nachteile dadurch überwunden, daß nacheinander in Abständen folgende Abtastwerte der auszuwertenden Signale in Speichereinrichtungen gespeichert werden und daß dann die Änderungen der aufeinanderfolgenden gespeicherten Werte abgetastet werden. Das Abtasten und Speichern wird vorzugsweise durch Taktsignale gesteuert.

••A

209823/096

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sprechen Schwellwerteinrichtungen auf die Änderungen der gespeicherten Werte dadurch an, daß sie Ausgangssignale abgeben, wenn die abgetasteten Änderungen bestimmte Werte übersehreiten. Vorzugsweise sind die Schwellwerteinrichtungen zweiseitig ausgebildet, so daß sie Schwellwerte für positive und negative Änderungen aufweisen. Vorzugsweise läßt sich bei den Schwellwerteinrichtungen der Schwellwert verändern. ,

Mit der oben beschriebenen Vorrichtung läßt sich eine einfache Analyse und Auswertung der Steigung eines Signals durchführen. Da die sich ergebenden Werte taktweise gesteuert und abgetastet sind, können die Analyseausgangssignale einfach in einer digitalen Vorrichtung synchronisiert werden. Durch Logikvorrichtungen lassen sich weitere Informationen aus den Ausgangsspannungen und ihren veränderlichen Werten ableiten.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung enthält die Einrichtung zum Abtasten des gespeicherten Wertes einen polarisierten Verstärker, der eine veränderliche Rückkopplung aufweist. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Taktfolgefrequenz veränderlich. Auf diese Weise wird die Empfindlichkeit der Abtasteinrichtung erhöht und sie wird auch steuerbar.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung bildet ein Taktgeber TaktsignaIe in Form von sich wiederholenden Impulsen, und eine Schaltung verursacht eine Speicherung in den Speichereinrichtungen während der sich wiederholenden Impulse.

209823/096 3

Gemäß der Erfindung sind in den logischen Einrichtungen Speichereinrichtungen vorgesehen, die auf die Abtasteinrichtung ansprechen, indem sie eine konstante Ausgangsspannung bilden, die eine Änderung des gespeicherten Werts anzeigt und der Taktgeber enthält ferner eine Verzögerungseinrichtung, durch die ein verzögerter Ruckste11impuls der Speichereinrichtung zugeführt wird, um eine Rückstellung bei Abwesenheit von Änderungen des gespeicherten Werts zu erhalten. Vorzugsweise ist eine zweite Speichereinrichtung in der logischen Einrichtung vorgesehen, die auf die Abtasteinrichtung auch anspricht und Ausgangsspannungen abgibt, die eine negative Änderung des gespeicherten Werts anzeigt, und es ist ferner vorzugsweise eine dritte Speichereinrichtung in der logischen Einrichtung vorgesehen, die auf die erste und die zweite Speichereinrichtung anspricht, indem sie eine Ausgangsspannung bildet, die anzeigt, ob die erste oder die zweite Speichervorrichtung angezeigt haben, daß die Änderung des gespeicherten Werts von einem positiven oder einem negativen Viert aus erfolgte.

■Die Schwellwert einrichtung kann ferner ein Trögge raus gangssignal aufweisen, welches ein Ansprechen bei drei Werten ermöglicht. Wenn das Ausgangssignal einen positiven Schwellwert überschreitet, dann zeigt es ein Eingangssignal mit positiver Steigung an; wenn es einen negativen Schwellwert überschreitet, dann zeigt es ein Eingangssignal mit negativer Steigung an; und wenn es zwischen den beiden Schwellwerten liegt, dann zeigt es an, daß keine nennenswerte Steigung vorliegt.

209823/0963

Ausfuhrungsforraen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen:

Figur 1 ein schematisches Schaltbild einer Schaltung gemäß der Erfindung,

Figur 2 ein Spannungs-Zeit-Diagrama einer Spannungskurve zum taktrnäßigen Ansteuern und Rückstellen der bistabilen Kippschaltungen nach Figur 1 und

Figur 3 ein Spannungs-Zeit-Diagramia des invertierten Ausgangssignals einer Schwellwerteinrichtung nach Figur 1.

20982 3/0963

In Figur 1 ist ein Gas- oder Flüssigkeitschroma "Gograph dargestellt, der ein veränderliches Spannungssignal abgibt, welches schließlich durch nicht dargestellte Einrichtungen integriert oder in anderer Weise verarbeitet werden soll, und dessen Steigung durch die dargestellten Einrichtungen bestimmt und ausgewertet werden soll. Das Spannungssignal wird einer Eingangsanschlußklemme 12 der Auswertvorrichtung gemäß der Erfindung zugeführt.Ein Tiefpass-Rauschfilter 14 mit veränderlicher Grenzfrequenz, welches aus einem Filterkondensator 16, und vier in Reihe geschalteten Widerständen 18, 20, 22 und 24 besteht, vermindert unerwünschtes elektrisches Rauschen, dessen Frequenzspektrum bei höheren Frequenzen liegt, als die Frequenzen des Signals. Durch einen Schaltarm 26 eines Mehrfachschalters läßt sich die Grenzfrequenz des Filters auswählen, indem nämlich die Widerstände 18, 20, 22 und 24 m das Filter eingeschaltet werden und von diesem getrennt werden. Das auf diese Weise gefilterte Signal erscheint an dem Filterkondensator 16.

Das gefilterte Signal, welches untersucht und ausgewertet werden soll, liegt auch an einem Ende eines Speicher-, kondensators 30 an, der mit der das Signal führenden Seite des Filterkondensators 16 verbunden ist. Ein Relaiskontaktarm 32 eines wiederholt betätigten Relais 34 schließt mit Unterbrechungen und wiederholt einen Ladeweg zu dem Kondensator 30 über einen Ladungswiderstand 36... Die Folgefrequenz, mit der der Relaiskontaktarm 32 den Ladung3weg zu dem Kondensator 30 schließt, ist durch einen taktgeber 38 mit mehreren Ausgängen bestimmt. Dieser Taktgeber erregt die Relaisspule 39 des Relais 34 mit

. ./8 209823/0963

nacheinander auftretenden Taktimpulsen oder Taktsignalen über einen Mehrkontaktschalter 40 bei einer Folgefrequenz, 'die von der Stellung des Schalters 40 abhängt. Die nach Figur 1 von den Schalter 40 ausgewählte Ausgangsanschlußklerame gibt die höchste Folgefrequenz der vier Taktsignalausgangsanschlußklemmen 42 von dem '.Taktgeber ab. Die anderen drei Ausgangsanschlußklemmen geben entsprechend niederfrequentere Taktsignale ab.

Der Schalter 40 ist mechanisch mit dem Kontaktarm 26 verbunden. Wenn'der Schalter 40 für niederfrequentere Taktsignale eingestellt wird, indem er in andere Stellungen bewegt wird, dann wird der Kontaktarm 26 so bewegt, daß er nacheinander die Widerstände 22, 20 und 18 in Reihe mit dem Widerstand 24 schaltet. Dadurch wird die G-renzfrequenz des Tiefpassfilters 14 vermindert. Der Schalter 40 wird normalerweise so eingestellt, daß er etwa 10 bis 40 Taktsignale oder Taktimpulse- während jedes chromatographischen Höckers abgibt.

Während jedes Taktimpulses schließt sich der Kontaktarm 32 und lädt den Ladungskondensator 30 auf den Wert der Signalspannung an dem Kondensator 16 auf oder entlädt sich über diesen. Die Zeitkonstante des Kondensators 30 und des Widerstands 36 ist genügend klein, daß ein Strom durch 'den Widerstand 36 fließen kann, der den Kondensator 30 auf den Wert des gefilterten Signals an den Kondensator 16 während jedes Taktimpulses auflädt oder diesen entlädt. Die Kapazität des Kondensators 30 ist klein im Verhältnis zur Kapazität des Kondensators 16. Es kann sich folglich der Kondensator 30 mehr als der Kondensator 16 laden und entladen. Zwischen den Taktimpulsen ist der Kontakt-

../9 209823/096 3

arm 32 geöffnet, und der Kondensator ist nicht angeschlossen. Der Kondensator speichert oder behält dann die Ladung des Signalspannungswertes, der an dem Filterkondensator 16 während des davorliegenden Taktimpulses vorgelegen hat. Zwischen den Impulsen erfolgt eine Aufladung des Kondensators 16 durch die gefilterte Signaleingangsspannung. Beim nächsten Taktimpuls lädt der Kondensator 30 sich auf den Wert der neuen gefilterten Signalspannung an dem Kondensator 16.auf _Ί oder er entlädt sich bis auf diesen Wert. Diese ladungsänderung wird dadurch vorgenommen, daß ein Strom durch den Widerstand 36 fließt. Wenn der Strom in dem Widerstand 36 in einer Richtung fließt, dann wird dadurch a'ngezeigt, daß sich der Signalwert zu einem größeren Wert hin ändert,und wenn er in der.anderen Richtung fließt, dann wird dadurch angezeigt, daß sich der Signalwert zu einem kleineren Wert hin ändert. Wenn sich der Signalwert nicht geändert hat oder nicht beträchtlich geändert hat, dann wird sich die durchdie Spannung bestimmte Ladung an dem Kondensator 16 nicht ändern und es wird kein Strom durch den Widerstand 3ü während der Taktimpulse fließen. Dies ergibt sich deshalb, weil die Ladung an dem Kondensator 30 bei Beginn der Taktimpulse die gleiche ist wie an dem Kondensator 16. Die Ströme, die durch den Widerstand 36 fließen, zeigen deshalb an, daß sich der Signalwert geändert hat.

Ein nichtinvertierender Operationsverstärker 44 tastet die Spannung ab, die durch den Strom in dem Widerstand 36 ge- ■ bildet wird. Eine zweiseitige "Vierschichten"-Diode 46 sperrt die Teile der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 44, deren Wert geringer ist als ihre positive oder ihre negative Durchbruchsspannung. Durch diese Diode werden

../10 209823/0963

- ιυ -

an den Widerstand 48 die Teile der Ausgangsspannung des Verstärkers 44 angelegt, die ihre positive oder negative Durchbruchspannung überschreiten. '.7enn aiso eine Änderung des gefilterten Signalwertes an dem Kondensator 16 zwischen einem Taktimpuls und dem nächsteh größer ist als ein bestimmter positiver oder negativer Schwellwert, dann wird an dem Widerstand 48 ein Ausgangssignal gebildet.

Der vorbestimmte ochwellwert, der mindestens vorliegen muß, damit ein Ausgangsimpule an dem Widerstand 48 gebildet wird, wird durch die Verstärkung des rückgekoppelten Operationsverstärkers 44 und die Durchbruchspannung der Vierschichten-Diode bestimmt. Dieser Schwellwert kann dadurch eingestellt werden, daß man einen Schalter 50 verändert, der eine Anschlußklemme eines Gegenkopplungs-Spannungsteilers auswählt, der aus in Reihe geschalteten Widerständen 52, 54, 56 und 58 besteht. Zur negativen Rückkopplung oder Gegenkopplung ist über einen Widerstand 60 eine Verbindung mit einer Eingangsanschlußklemme des Verstärkers 44 vorgesehen. In der dargestellten Stellung ■-· des Schalters 50 ist die Gegenkopplung am größten. In dieser Stellung muß eine relativ große Spannung an dem Widerstand 36 anliegen und folglich muß eine relativ große Änderung des Eingangssignals in der Zwischenzeit zwischen einem Taktimpuls und dem nächsten vorliegen, damit die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 44 die Durchbruchspannung der Vierschichten-Diode 46 übersteigt. Durch eine Einstellung der Schalter 26 und 40 zusammen mit dem Schalter 50 wird die Steigungsempfindlichkeit der Vorrichtung eingestellt. Längere Taktzwischenzeiten, die durch den Schalter 40 eingestellt werden,

../11

209823/0963

und geringere Schwellwerte, die durch den Schalter 50 eingestellt werden, erhöhen die Steigungsempfindlichkeit. Eine Unterdrückung des Rauschens läßt sich auf Kosten der Zeit^auflösegenauigkeit für eine bestimmte Steigungsempfindlichkeit verbessern, wenn man zwischen den Taktimpulsen längere Zwischenzeiten verwendet und die Schwellwertempfindlichkeit geringer macht. Damit ist gemäß der Erfindung eine sehr flexible steigungsempfindliche Steuerung vorgesehen.

Der Spannungsverlauf an dem Widerstand 48 ist durch einen Impuls gegeben, dessen Zeitdauer etwa gleich der des Taktimpulses ist. Die Polarität des Impulses an dem Widerstand 48 ist positiv, wobei an der Anschlußklemme 12 eine ansteigende Signal spannung oder eine positive Steigung vor- .· liegt. Der Impuls an der Anschlußklemme 12 geht für negative Steigungen, d.h. für abnehmende Spannungswerte ins Negative.

Ein verstärkender und begrenzender Inverter 62 begrenzt die Impulse, die an dem Widerstand 48 gebildet werden und invertiert sie. Eine bistabile Kippschaltung 66 nimmt die begrenzten und invertierten Impulse auf. Ein Beispiel für die Impulsform der invertierten Impulse am Eingang der bistabilen Kippschaltung 66 ist in Figur 3 dargestellt. Es ist ein ins .Negative gehender Impuls dargestellt, der einen Übergang von plus 5 Volt auf 0 Volt aufweist. 7/egen der Begrenzerwirkung des Inverters 62 und der Schalterwirkung der Diode 46 hat der Impuls am Ausgang des Inverters 62 immer die gleiche Amplitude, unabhängig davon, ob die Steigung die Schwellwerte gering-

../12

2098?3/0963

fügig oder stark überschreitet. .Der Impuls ist mit dem Taktimpuls des Taktgebers 38 etwa zeitlich

Die bistabile Kippschaltung 66 wird aus zwei kreuzweise verbundenen Gattern 68 und 70 gebildet. Die Gatter 68 und 70 und auch entsprechend gezeichnete andere Gatter sind bekannte Verknüpfungsglieder, die gewöhnlich in integrierten Verknüpfungseinrichtungen, beispielsweise sogenannten NAND-Gattern verwendet werden. Sie können auf irgendeine bekannte Weise ausgeführt sein, beispielsweise in Dioden-Transistor-Logik (DTL)-Schaltungen oder in Transistor-Transistor-Logik (TTL)-Schaltungen. Jedes NAND-Gatter bildet ein positives Ausgangspotential wenn mindestens ein negatives Signal an seinen Eingängen anliegt. Wenn positive Potentiale an beiden Eingängen anliegen, dann bildet das NAND-Gatter ein negatives Ausgangspotential. Im Sinne der hier beschriebenen logischen Einrichtungen bezieht sich der Ausdruck positiv auf ein Potential von plus 5,0 Volt und der Ausdruck negativ auf ein Potential von 0 oder nahezu 0 Volt. Damit beginnt ein ins Negative gehender Impuls bei einer Spannung von plus 5,0 Volt, er fällt auf eine Spannung von 0 oder nahezu 0 Volt ab und steigt wieder auf eine Spannung von plus 5,0 Volt an. Ein "negatives" logisches Signal oder Potential oder ein solcher Wert ist. O oder nahezu 0 Volt. In ähnlicher Weise ist ein positiver Impuls ein Impuls, der von 0 oder nahezu 0 Volt auf plus 5 Volt anwächst und dann wieder auf 0 oder nahezu 0 Volt abnimmt. Ein positives logisches Signal oder Potential oder ein solcher Wert beträgt plus 5,0 Volt.

../13

209823/0963

Die "bistabile Kippschaltung 66 wird durch einen ins Negative gehenden Einstellimpuls, der bei jedem Taktimpuls auftritt, in einen ihrer "beiden stabilen Zustände eingestellt. Solch ein Einstellimpuls ist in Figur 2 dargestellt. Dieser _t Einste11impuls wird durch den Schalter 40 von einem positiven Taktimpuls abgeleitet, der zueiner Zeit beginnt, wie die in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist. Die Basis eines in Grundschaltung geschalteten NPN-Transistors 74 wird ■ durch einen mit einem negativen Potential verbundenen Widerstand 72 normalerweise in den nichtleitenden Zustand vorgespannt. Der positive Taktimpuls lädt langsam einen zwischen Masse und die Basis des Transistors geschalteten Kondensator 76 über einen Widerstand 78 auf. Zu der Zeit t₁ erreicht die ladung auf dem Kondensator 76 einen bestimmten Wert und der Transistor 74 beginnt über einen Kollektorwiderstand 80 zu leiten. Auf diese Weise wird die Spannung an dem Kollektor des Transistors 74 ebenso wie an einem Widerstand 82 sowie an dem unteren Eingang des Gatters 70 vermindert. Auf diese Weise entsteht ein Einstellimpuls, dessen Beginn verzögert ist. Der Einstellimpuls endet früher als der Taktimpuls bei der Zeit tg> da ein Kopplungskondensator 84 über den Widerstand 82 jenseits eines vorbestimmten Werts aufgeladen wird.

Der Eins te.ll impuls ist unabhängig von der Steigung, die durch den Widerstand 48 festgestellt wird, vorhanden. Das negative Potential, d.h. die 0 Volt des Einstellimpulses am Eingang des Gatters 70 erzeugen ein positives Ausgangspotential und ein positives Eingangspotential für das Gatter 68.

• •/u

209823/0963

Wenn keine Steigung vorliegt und wenn folglich keine Spannung an dem Widerstand 48 anliegt, dann ist das Ausgangssignal des verstärkenden Inverters 62 positiv (plus 5 Volt). Das andere Eingangssignal des Gatters ist auch positiv. Auf diese Weise wird ein Potential nahe deuj Wert 0 an dem Ausgang des Gatters 68 erzeugt, ebenso wie an einer Ausgangsanschlußklemroe 90.

Das negative Potential am Ausgang des Gatters 68 wird auch ■dem anderen. Eingang des Gatters 70 zugeleitet. Eine Rückkehr des unteren Eingangs des Gatters 70 zu einem positiven Potential ändert nun nicht mehr den stabilen Zustand der bistabilen Kippschaltung, weil der obere negative Eingang des Gatters 70 seinen Ausgang auf einen positiven Wert hält. Die bistabile Kippschaltung 66 ist damit durch den Einstellimpuls eingestellt worden. 'Das Ausgangssignal an der Anschlußklemme 90 ist nahezu 0.

Wenn ein negativer Impuls von dem Inverter 62 abgegeben wirddann wird dadurch angezeigt, daß eine positive Änderung des Signalwerts über den voreingestellten Schwellwert vorliegt. Der negative Impuls, der dem Start des Einstellimpuls am Widerstand 82 voreilt, schaltet die biatabile Kippschaltung um, indem der Ausgang des Gatters 68 positiv gemacht wird. Der negative Impuls des Inverters 62 hält den Ausgang des Gatters 68 und die Anschlußklemme 90 selbst während des Einstellimpulses auf einem positiven Wert. Nach Abschluß des Einste11impuls es sind während des negativen logischen Impulses an dem Inverter 62 die Eingänge für das Gatter beide positiv. Die Eingänge für das Gatter 68 sind beide

../15 209823/09G3

- .15 -

negativ. Damit verbleibt nach Ende eines negativen logischen Impulses an dem Ausgang des Gatters 68 ein positives Potential. Dieses Potential liegt auch an der Ausgangsanschlußklemme 90 an. Es wird also durch ein positives Potential (plus 5 Volt) an der Ausgangsanschlußklemme 90 eine positive Steigung des gefilterten Signals, welches untersucht wird, angezeigt.

Wenn die Steigung wieder 0 wird oder negativ wird, dann wird durch den positiven Wert am oberen Anschluß des Gatters 68 und den negativen Einste11impuls die bistabile Kippschaltung umgeschaltet, und sie kehrt zu einem Ausgangssignal an der Anschlußklemme 90 zurück, welches nahezu 0 ist.

Wenn eine negative Steigung vorliegt, dann begrenzen und invertieren die beiden in Kaskade geschalteten verstärkenden und begrenzenden Inverter 92 und 94 einen negativen Impuls an dem Widerstand 48 zweimal. Damit erscheint ein negativer Impuls an der bistabilen Kippschaltung, die aus den Gattern 96 und 98 gebildet ist. Diese bistabile Kippschaltung bildet ein positives Ausgangssignal an einer Ausgangsanschlußklemme 100 wenn eine negative Steigung bei dem gefilterten Eingangssignal an dem Kondensator 16 vorliegt. Wenn eine Rückkehr zu einem Wert ohne Steigung oder mit positiver Steigung erfolgt, dann bildet die bistabile Kippschaltung, die aus den Gattern 96 und 98 zusammengesetzt ist, an der Ausgangsanschlußklemme 100 ein Potential nahe dem Wert 0. Wenn die Potentiale an den Ausgangsanschlußkleramen 90 und 100 beide nahezu 0 sind,wird dadurch angezeigt, daß die Steigung nicht positiv und nicht negativ, sondern nahezu 0 ist.

209823/0963 '

Inverter 102 und 104 invertieren die Signale an den Ausgangsanschlußklemmen 90 und 100. Damit wird durch positive Signale (plus 5 Volt) an einer Ausgangsanschlußklemme 106 angezeigt, daß keine positive Steigung in dem" ehr omatographisehen Signal, welches untersucht wird, vorhanden ist. Ein positives Signal an einer Ausgangsanschlußklenme 108, die mit dem Ausgang eines Inverters 104 verbunden ist, zeigt an, daß i-n dem chromatographischen Signal keine negative Steigung vorliegt.

Eine bistabile Kippschaltung 110, die aus Gattern 112 und 114 gebildet ist, nimmt Eingangssignale von den Anschlußklemmen 106 und 108 auf. Eine negative Spannung (d.h. eine Spannung eines Wertes, der nahezu 0 ist) an den Ausgangsanschluß klemmen 106 oder 108 führt dazu, daß die bistabile Kippschaltung 110 in einen Zustand geschaltet wird, der dieser Spannung entspricht. Wenn also die Ausgangsansehlußklemme 106 negativ wird, d.h. wenn sie auf eine Wert, der nahezu 0 ist, abfällt, wodurch eine positive Steigung an dem Kondensator 16 angezeigt wird, dann sind die Eingangssignale für das Gatter 112 beide negativ und die Eingangssignale für das Gatter 114 beide positiv, wodurch eine Ausgangsklammer 116 positiv und eine Ausgangsanschlußklemme 118 negativ (d.h. nahezu 0) wird. Die Ausgangsanschlußklemmen 116 und 118 bleiben auf diesem Wert selbst wenn die EingangsSteigung 0 wird. Dies ergibt sich daraus, weil dann die Spannungen an den Ausgangsanschlußklemmen 106 oder 108 beide positiv sind. Ein Eingang des Gatters 112 ist dann negativ und beide Eingänge des Gatters 114 sind positiv. Auf diese Weise wird keine Änderung am Ausgang hervorgerufen. Wenn die Steigung an dem Kondensator 16 negativ wird, dann fällt die Spannung an der Ausgangsanschluß-

209823/0963

■/17

klemme 108 auf einen Wert von nahezu 0 Volt ab. Auf diese Weise wird die "bistabile Kippschaltung 110 so umgeschaltet, daß die Ausgangsanschlußklemme 118 positiv ist und die Ausgangsanschlußklemme 116 negativ (d_fh. nahezu 0) ist. Die Steigung an dem Kondensator 16 kann also auch 0 werden und dennoch bleiben die Anschlußklemmen 116 und 118 auf den Potentialen, die durch die letzte positive oder negative Steigung eingestellt worden sind. Damit wird "an den Anschlußklemmen 116 und 118 eine Speicherwirkung ausgeübt, durch die angezeigt wird, ob die Steigung an dem Kondensator 16 entweder positiv oder negativ war bevor sie 0 wird.

Ein Gatter 120 nimmt Eingangssignale von den Anschlußklemmen 106 und 108 auf. Es erzeugt ein positives Ausgangssignal an einer Ausgangsanschlußklemrae 120, wenn die Steigung des Eingangssignals entweder positiv oder negativ ist. Es bildet ein negatives Ausgangssignal (d.h. ein Ausgangssignal nahe des Wertes 0), wenn die Steigung nahezu 0 ist.

Zwei Dioden bilden ein Gatter, welches die Ausgangsanschlußklemmen 108 und 90 miteinander verbinden. Ein positiver Impuls an einer Ausgangsanschlußklemme 126 zeigt an, daß die Steigung entweder mit einem positiven Wert beginnt oder mit einem negativen Wert aufhört, wodurch ein chromatographischer Hocker bestimmt ist. Über die Ausgangsanschlußklemme 126 wird ein Impulsformer 128 betätigt, der wiederum einen Komponenten^sammler 130 betätigt, derart, daß verschiedene voneinander getrennte, chromatographische Höckersignale in Sammelrohren gespeichert werden, ähnlich wie es in der US-PS 3 202 188 (DAS )

209823/0963

- 1b

beschrieben ist. Dieses Ausgangssignal könnte auch dazu ver-. v/endet werden, ein Steuersignal für eine Ladungsbewertung für einen digitalen Integrator abzugeben, um verschiedene Bewertungsfaktoren verschiedenen aufeinanderfolgenden Höckern zuführen zu können.

Die Ausgangsanschlußklemmen 90, 106, 116, 120, 118, 108 und ■100 können dazu verwendet werden, einen digitalen Integrator zu steuern.

Die Punktionen für die Integratorsteuerung, die von diesen Ausgangsanschluß klemmen abgeleitet werden, bestehen im Starten und Anhalten der Schaltung um die driftende elektrische Grundlinie aufzufinden, wenn das Eingangssignal des Integrals gedruckt oder aufgezeichnet wird; so'lch eine Anv/endung ist in der deutschen Patentanmeldung (DAS ), die der USA-Patentanmeldung von Robert V/. Allington und Herbert G. Griess mit dem Titel "Apparatus for Providing Optimum Measurement of Varying Chromatographie Peak Shapes" und der deutschen Patent-

anraeldung (DAS ), die der USA-PatentanaeH,-

dung von Robert W. Allington und Herbert C. Griess mit dem Titel "Apparatus for Correction of Electrical Signals having Drifting Baselines" entspricht, beschrieben, diß beide am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung angemeldet worden sind. Bei Betrieb wird ein gefiltertes Eingangssignal von dem Chromatographen 10 über das Filter 14 dem Kondensator 16 zugeführt. Das Filter 14 hilft elektrische Rauschsignale zu unterdrücken. Das Unterbrecherrelais 34 führt die gefilterte Signalspannung dem Kondensator 30 mit Unterbrechungeη zu. Der Kondensator 30 speichert die Signalspannung zwischen den Seiten, zu denen ihm ein Signal zugeführt wird. Jedesmal wenn eine Signalspannung zugeführt wird und wenn sich dann das Signalpotential an dem Kondensator 16 geändert hat, fließt ein Ladestrom durch den Widerstand 36. Der Verstärker verstärkt die Spannungen, die durch diese Ladeströme gebildet werden.

../19 209823/096?

-.19 -

Wenn die auf diese Weise verstärkten Spannungen, die den Ladeströmen entsprechen, genügend groß sind, daß sie die Schwellwerte, die von der Vierschichten-Diode 46 vorgesehen sind, überschreiten, dann werden durch die Diode die Spannungen, die einen minimalen Steigungswert wiedergeben, einer logischen Einrichtung 62 bis 126 zugeführt. Die logische Einrichtung bildet positive Signale, durch die eine positive Steigung, eine nicht positive Steigung, die Tatsache, daß die zuletztgemessene Steigung, die nicht O ist, negativ ist, die Tatsache, daß die Steigung positiv oder negativ ist, die Tatsache, daß die zuletzt gemessene Steigung, die nicht 0 ist, positiv ist, eine nicht negative Steigung, eine negative -Steigung und eine positive oder nicht negative Steigung angezeigt werden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist ein fester, augenblicklich einstellbarer Wert gegeben, der die Eingangsspannung übersteigen nuß. Ein sehr geringes, jedoch sehr schnelles Ausschwingen der Eingangsspannung hat auf diese Vorrichtung keine Wirkung, wenn auch die augenblickliche Steigung oder die Spannungsänderung bei einem solchen Ausschwingen sehr groß sein kann. Auf diese Weise werden entsprechende elektrische Rauschsignale auch-zurückgewiesen.

Durch die Erfindungseinrichtung läßt sich die Steigung eines elektrischen Signals einfach und anpassungsfähig und auch wiederholbar bestimmen. Die erfindungsgemäße Einrichtung weist einen einstellbaren Schwellwert auf, um unbedeutende Signalspannungsschwingungen zu unterdrücken. Auf diese Weise wird die Wirkung des elektrischen Häuschens vermindert. Die Einrichtung gemäß der Erfindung kann ohne weiteres mit Betriebsablaufen synchronisiert werden, die in anderen Teilen

. ./20 2098P3/09S3

einer Digitalvorrichtung stattfinden, da die elektronische Differziereinrichtung gemäß der Erfindung synchron mit dieser Vorrichtung im Takt laufen kann.

Die Schaltung nach Figur 1 kann geändert werden, um eine zusätzliche Filterung, Kupplung oder Entkopplung der Schaltung zu erreichen, uia ungewolltes Ansprechen zu verhindern. Es können verschiedene Verfahren zum Anschließen geeigneter logischer Spannungswerte vorgesehen sein.

Natürlich kann die erfindungsgemäße Einrichtung auch abgewandelt werden. Beispielsweise kann die Empfindlichkeit auf negative Steigungen größer gemacht werden als die Empfindlichkeit auf positive Steigungen dadurch daß eine Diode 150 und ein Widerstand 152 vorgesehen werden. Die negative Rückkopplung des Verstärkers 44 ist dann für negative Impulse geringer, da die Diode 150 dann nicht leitet. Es kann ferner die Steigungsempfindlichkeit erhöht werden, nachdem eine. Steigung festgestellt worden ist, um die Unterdrückung des Rauschens zu erhöhen und um Instabilitäten zu unterdrücken. Wenn eine Steigung vorhanden ist_>schließen sich die Kontakte des Relais 153 wodurch die Gegenkopplung vermindert wird, da das Signal über einen Widerstand 151 abgeleitet wird.

••/21

209823/0963

Claims

6664

Pat entans prüche

ί\ JVorrichtung zum Auswerten der Steigung eines Signals, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingangs einrichtung (H) vorgesehen ist, die das Signal, dessen Steigung ausgewertet werden soll, weiterleitet, daß eine Speichereinrichtung (30) einen Wert spei- chert, der einem zugeführten Signal entspricht, daß ein Taktgeber (38) vorgesehen ist, daß eine Schaltungseinrichtung (34f 32) auf die Signale des Taktgebers (38) dadurch anspricht, daß sie das Signal der Eingangseinrichtung (14) der Speichereinrichtung (30) mit Unterbrechungen in nacheinander folgenden Zeitabschnitten zuführt, so daß die aufeinanderfolgenden Werte dort gespeichert werden, und daß eine Abtasteinrichtung (44, 46, 110 usw.) die Änderung des Wertes, der in der Speichereinrichtung (30) gespeichert ist, abtastet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß die Abtasteinrichtung (44, 46, 110 usw.) eine Schwellwerteinrichtung (46) enthält, die ein Ausgangssignal bildet, wenn die durch die Abtasteinrichtung (44, 46, 110.usw.) abgetastete Änderung einen bestimmten Wert überschreitet.
3, Vorrichtung nach Anspruch 1,

da "du roh gekennzeichnet , daß die Abtasteinrichtung (44, 46, 110 usw.) eine Einrichtung (50, 52, 54, 56, 58) zur Änderung des Schwellwertes aufweist, bei -dem ein Ausgangssignal gebildet wird.

../22

209823/0963
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (44, 46, 110 usw.) einen polarisierten Verstärker (44) aufweist, der eine veränderliche Rückkopplung (50, 52, 54, 56, 58) hat.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung (30) einen Kondensator (30) aufweist, der sich entsprechend den Werten des Signals an der Eingangs einrichtung (14) auflädt oder entlädt, und daß die Abtasteinrichtung (44, 46, 110 usw.) eine Impedanz (36) aufweist, die die ladung und die Entladung mißt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,

d-a durch gekennzeichnet , daß der Taktgeber (38) eine Einrichtung zur Bildung aufeinanderfolgender Impulse aufweist und daß die Schaltungseinrichtung (34, 32) eine Einrichtung (32) aufweist, durch die ein Auflade'n und ein Entladen während der Impulse vorgenommen wird. "--_■":■
7. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurchgekennzeich.net, daß die Abtasteinrichtung einen Speicher (66) aufweist, der auf Änderungen des Signalwertes anspricht, indem er eine Ausgangespannung bildet, die die Änderung des Wertes anzeigt, und daß der Taktgeber (38) eine Impulsverzögerungseinrichtung (72, 74, 76, usw.) aufweist, um einen verzögerten Eückstellimpuls dem Speicher (66) zuzuführen.

../23

209823/0963
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (44, 46, 110 usw.) einen zweiten Speicher (96, 98) aufweist, der auf Änderungen des Signalwertes anspricht, indem er eine Ausgangsspannung bildet, die Änderung des Werts anzeigt, und daß der zweite Speicher (96, 98) durch den Taktgeber gesteuert wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (96, 98) eine bistabile Kippschaltung aufweist .
■C. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsverzögerungsvorrichtung (72, 74, 76 usw.) äie Impulse kürzt»
11. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet , daß die Abtasteinrichtung einen dritten Speicher (110) aufweist, der auf den ersten und den zweiten Speicher (66, 96, 98) dadurch anspricht, daß er eine Anzeige bildet, durch die angezeigt wird, ob der erste und der zweite Speicher angezeigt "laben, daß die Steigung gerade positiv oder negativ war.

. ./24

209823/0963
12. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung einen Verstärker (44) aufweist, der ein getriggertes Ausgangssignal abgibt, welches eine auf drei Werte ansprechende Anzeige, bildet, nämlich einer positiven Steigung, die grciBer als ein Schwellwert ist, einer negativen Steigung, die größer als ein negativer Schwellwert ist, und die Abwesenheit einer Steigung zwischen diesen beiden Schwellwerten.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (44, 46, 110 usw.) eine Komponen-" teneinrichtung (122, 124, 128) aufweist, die auf Pegeländerungen anspricht, mit der ein Komponentensammler (13O)₅ der auf die Komponenteneinrichtung anspricht, verbunden sein kann.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß ein digitaler Integrator auf die Abtasteinrichtung (44, 46, 110 usw.) anspricht.
15. Vorrichtung zum Auswerten der Steigung eines Signals, dadurch gekennzeichnet , daß ein Kondensator (30) vorgesehen ist, daß eine Eingangseinrichtung (14) ein Signal, welches analysiert werden soll, einer Seite des Kondensators (30) zuführt, daß ein Taktgeber (38) wiederholt Impulse abgibt, daß ein Widerstand (30) vorgesehen ist, daß eine Schalteinrichtung (34)

. ./25 209823/0963

auf die !Taktgebersignale anspricht, um wiederholt Spannung an dem Eingang des Kondensators (30) und des Widerstands (36) aufzubauen, so daß das Eingangssignal von einem Wert zum anderen den Strom, der durch den Widerstand (36) fließt, ändert', daß eine Abtasteinrichtung (44, 46, 110 usw.) die Amplitude und die Richtung des Stroms durch den Widerstand (36) abtastet und daß eine Schwellwerteinrichtung (46) eine Spannung abgibt, wenn der Strom durch den Widerstand einen bestimmten positiven oder negativen Wert überschreitet.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
dadurc'h gekennzeichnet, daß mehrere Ausgangsanschlußklemmen (90 bis 120) vorgesehen sind und logische Vorrichtungen (66, 110 usw.), die an einer der Ausgangsanschlußklemmen Signale erzeugen, welche anzeigen, daß die Größe der Ladung positiv, negativ oder beinahe ITuIl ist.

Rei/Gr.

209823/0963

Leersei te