DE2201154A1

DE2201154A1 - Logarithmische Signalverarbeitungseinrichtung

Info

Publication number: DE2201154A1
Application number: DE19722201154
Authority: DE
Inventors: Badessa Rosario Steven
Original assignee: Damon Corp
Current assignee: Damon Corp
Priority date: 1971-01-12
Filing date: 1972-01-11
Publication date: 1972-08-03
Also published as: CA948780A; US3733137A; IT948832B; GB1340812A; FR2122198A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine logarithmische Slgnalverarbeitungseinrichtung und insbesondere auf eine Signalverarbeitungseinrichtung, die bei farbmetrischen chemischen Analysen verwendet werden kann.

Bei der Absorptionsfarbmessung ist es allgemein üblich, die Absorption einer chemischen Verbindung dadurch zu messen, daß die Durchlässigkeit einer Zelle oder Küvette mit einer Probe mit der Durchlässigkeit derselben Zelle ohne den zu messenden Bestandteil der Probe verglichen wird. Bei diesem Verfahren werden die der Absorptionsbestandteile vernachlässigt, die auf anderen absorbierenden Stoffen beruhen als der zu messende Bestandteil. Es ist selbstverständlich, daß die Absorption des zu messenden Bestandteils eine Funktion des Logarithmus des Verhältnisses der Durchlässigkeit der Bezugszelle zur Durchlässigkeit der Bezugszelle mit der Probe ist.

65-(DAH 171)-Ko-r (7)

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Es ist bekannt, daß mit Hilfe eines exponentiell abfallenden Signals eines sich mit einer bestimmten Zeitkonstanten entladenen Kondensators eine logarithmische ablaufende Umwandlung verwirklicht werden kann. Ein solches vorbestimmtes Signal wird wiederholt erzeugt und mit dem tunzuwandelnden Eingangssignal verglichen. Wenn das vorbes'timmte Spannungssignal die Eingangssignalspannung erreicht, beginnt ein Rechteckimpuls, der dann endet, wenn die nächste Periode beginnt.

Es ist auch bekannt, daß ein logarithmisches Verhältnis signal, das die Beziehung zwischen zwei EingangsSignalen anzeigt, mit Hilfe von zwei Schwellenwerten erzeugt werden kann, wobei jeweils ein Schwellenwert einem Eingangssignal entspricht, und wobei ein Rechteckimpuls in der Zeit erzeugt wird, in der die Spannung des vorgegebenen exponentiell verlaufenden Signals zwischen den beiden Schwellenwerten ist. Der Gleichspannungsmittelwert der auf diese Weise erzeugten Rechteckimpulsfolge ist dann eine Funktion des logarithmischen Verhältnisses der beiden Eingangssignale. Eine derartige Einrichtung ist in "Journal of Physics'¹ 1970, Band 3, beschrieben. Ähnliche Einrichtungen sind auch aus der US-PS 3 459 9^8 und aus der GB-PS 696 2 13 bekannt. Bei diesen bekannten Signalverarbeitungseinrichtungen wird jedoch ein wesentlicher Teil der Betriebszeit der Einrichtung damit verbracht, daß im wesentlichen nicht verwendete Teile des logarithmischen Signals ablaufen. Der Meßbereich und die Genauigkeit der Einrichtung wird dadurch nachteilhaft beeinflußt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Signal-

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Verarbeitungseinrichtung anzugeben, die ein Ausgangssignal liefert, das proportional zum logarithmischen Verhältnis der beiden Eingangssignale ist. Eine derartige Signalverarbeitungseinrichtung soll ein hohes Maß an Genauigkeit besitzen. Der Meßbereich soll, dynamisch sein. Die Einrichtung soll in ihrem Betrieb wirtschaftlich sein. Sie soll daher möglichst einfach und billig sein.

Die erfindungsgemäße Signalverarbeitungseinrichtung ist gekennzeichnet durch einen Kondensator, eine rückkuppltings gesteuerte Schaltung, die die Spannung am Kondensator auf einen Anfangswert einstellt, der proportional ist zur Amplitude des einen Eingangssignals und der dann die Steuerung der Aufladung des Kondensators auslöst, eine Einrichtung zur Steuerung der Ladung des Kondensators, um eine Signalform der Spannung zu erhalten, die sich ausgehend von dem Anfangswert als Funktion der Zeit exponentiell ändert, eine Vergleicherschaltung, die erfaßt, wenn die Signalform des Kondensators einen Schwellenwert erreicht, der proportional ist zur Amplitude des anderen der Eingangssignale, eine Einrichtung zur Steuerung der die Anfangsspannung einstellenden Einrichtung und der die Signalform erzeugenden Einrichtungen um einen wiederholt wechselnden Betrieb bei einer Im wesentlichen konstanten Frequenz zu erreichen, eine Einrichtung, die auf die Vergleicherschaltung anspricht, um eine Folge von Rechteckimpulsen mit im wesentlichen konstanter Amplitude zu erzeugen, wobei eine Flanke jedes Impulses in einer festen Phase der gesteuerten Zeitsteuerperiode auftritt und die andere Flanke dann, wenn die Signalform des Kondensators den Schwellenwert erreicht, wobei der Mittelwert der

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Gleichstromspannung der Rechteckimpulsfolge eine Funktion des Logarithmus des Verhältnisses der Eingangssignale ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung liefert ein Signal» das sich als Funktion des Logarithmus des Verhältnisses zweier Eingangssignale ändert. Rückkopplungsgesteuerte Einrichtungen sind vorgesehen, um die Spannung eines Zeitgeherkondensators auf einen anfänglichen Wert einzustellen, der proportional ist zur Amplitude des einen der Eingangssignale und um dann die Steuerung durch die Kondensatorladung freizugeben. Die Ladung des Kondensators wird gesteuert, um ein Spannungssignal zu steuern, das sich, ausgehend vom Anfangswert, exponentiell mit der Zeit ändert» Eine Vergleicherschaltung erfaßt, wenn das Kondensatorsignal einen Schwellenwert erreicht, der proportional ist zur Amplitude des anderen Eingangssignals. Die Einrichtungen zur Einstellung der ursprünglichen Spannung und die das Signal erzeugenden Einrichtungen werden gesteuert, um einen im wesentlichen mit konstanter Frequenz ablaufenden wechselnden Betrieb zu erzielen. Eine Folge von Rechteckimpulsen werden durch die Vergleicherschaltung gesteuert erzeugt, wobei jeder Impuls dann beginnt, wenn die Steuerung des aufgeladenen Kondensators durch die die anfängliche Spannung einstellenden Einrichtungen freigegeben wird, und wobei jedei Impuls dann endet, wenn das vom Kondensator ausgesandte Signal den Schwellenwert erreicht. Demgemäß ist die durchschnittliche Gleichspannung der erzeugten Rechteckimpulsfolge eine Funktion des Logarithmus des Verhältnisses der beiden Eingangssignale.

Die Erfindung wird anhand der Figur näher beschrieben.

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Jn der einzigen Figur ist eine schematische Blickschaltung einer farbmetrischen Einrichtung mit einer Signalveraibeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.

In der Figur ist ein Vergleichskolorimeter 11 angedeutet. Das Kolorimeter 11 wird für die farbmetrische Analyse von Fluids, wie beispielsweise Blut, verwendet, und umfaßt eine Probenzelle 13 und eine Bezugszelle 15· Eine derartige Anordnung kann beispielsweise in einem automatisch arbeitenden Blutanalysiergerät verwendet werden« Hierzu wild auf die deutschen Patentanmeldungen P ... (US-Serial-Number 105822) und P ... (US-Serial-Number 191884) derselben Anmelderin hingewiesen. (P.e±oritätstag 12. 1. 71)

Die von einer gemeinsamen Quelle 17 ausgesandte Strahlung wird jeweils über Lichtleiter 19 ^und 21 ^{in die} Zellen 13 und 15 eingespeist. Während diese Strahlung weiter unten zur Vereinfachung als Licht bezeichnet wird, ist es selbtverständlich, daß auch ultraviolette oder infrarote Strahlung ebensogut wie sichtbares Licht verwendet werden kann, Das von den Zellen 13 und 15 durchgelassene Licht wird über Lichtleiter 23 und 25 auf der einen Seite einer optischen Lochscheibe 27 vereinigt.

Die Scheibe 27 wird mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit durch einen Motor 29 angetrieben. Die Scheibe 27 ist in herkömmlicher Art so mit Löchern versehen» daß eine erst« kreisförmige Anordnung von Öffnungen .31 und eine zweite kreisförmige Anordnung von Öffnungen 33 vorgesehen sind, wobei die Öffnungen 33 mit den Öffnungen 31 konzentrisch

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sind. Der Lichtleiter 23 ist so gelagert, daß ein durch ihn geführtes optisches Signal durch die Öffnungen 31 unterbrochen wird, während der Lichtleiter 25 so angeordnet ist, daß dessen optisches Signal durch die Öffnungen 33 unterbrochen wird. Die beiden kreisförmigen Anordnungen umfassen verschieden© Anzahlen von Öffnungen, so daß an die beiden optischen Leiter verschiedene Unterbrecherraten angelegt sindo Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wurde die Anzahl der Öffnungen in bezug auf die Geschwindigkeit des Motors ausgewählt, so daß der für die Bezugszelle zuständige Lichtleiter mit einer Frequenz von 390 Hz und der für die Probenzelle zuständige Lichtleiter mit einer Frequenz von 6*)O Hz zerhackt werden» Die dadurch entstandenen zerhackten Lichtsignale werden auf der entgegengesetzten Seite der Scheibe 27 in einer Lichtstammschaltung 37 zusammengefügt und die vereinigte Strahlung wird auf einen Detektor 39 gegeben«

Das vom Detektor 39 erhaltene Gleichstromsignal wird verstärkt, was mit der Bezugsziffer. 41 angedeutet ist, und das verstärkte Signal wird in zwei abgestimmte Filter 43 und 45 eingespeist, wobei jedes Filter auf eine der optischen Unterbrecherfrequenzen abgestimmt ist. Die Filter 43 und verwerten die beiden Signale getrennt, die zuerst optisch so zusammengefügt wurden, daß sie durch einen gemeinsamen Detektor empfangen werden konnten. Die Verwendung eines gemeinsamen Detektors wird deshalb bevorzugt, da dadurch Fehler, die durch eine falsche Anpassung der Detektoren entstehen, vermieden werden können. Die von den abgestimmten Filtern 43 und 45 erhaltenen und getrennten Wechselstrom-Signale werden jeweils in Gleichrichter oder Detektoren 47 und 49 eingespeist, um dadurch Gleichspannungen zu erhalten,

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die den jeweiligen Wechselstromsignalen proportional sind«,

Daraus folgt, daß die so von den Detektoren 47 und 49 erhaltenen Gleichstromsignale oder Spannungen im wesentlichen proportional sind zu den Durchlässigkeiten der Probe 13 und der Bezügszelle 15· Diese Gleichstromsignale stellen also die gewünschten Größen dar, um das logarithmische Verhältnis zu ermitteln. Da die Durchlässigkeit der Bezugszelle größer ist als die Durchlässigkeit der Probenzelle 13,» b-at das Ausgangs signal des Detektors 47 auf gleiche Weise eine größere Amplitude als das Ausgangssignal des Detektors 49· Aus Gründen, die weiter unten noch näher erläutert werden, wird bei der dargestellten Ausbildungsform der Signalverarbeit-ungseinrichtung ein Bezugssignal verwendet-, das immer kleiner ist als das Probensignal. Das Bezugssignal wird daher um einen konstanten Faktor abgeschwächt, was durch eine Dämpfungs- oder Abschwächungseinrichtung 51 geschieht. Da das durch die Signalverarbeitung s einrichtung erzeugte Signal proportional ist zum Logarithmus des Verhältnisses der beiden Eingangssignale, ist es selbstverständlich, daß diese Einwirkung auf eines der Signale um einen konstanten Absch\vächungsfaktor lediglich eine konstante Abweichung der Amplitude des Ausgangssignals bewirkt. Diese Abweichung kann leicht bei der Able seeinrichtung oder der Ziffernanzeige des Ausgangssignals der Einrichtung kompensiert werden.

Wie weiter unten noch näher erläutert wird, arbeitet die Signalverarbeitungseinrichtung selbst in einem sich wiederholenden Zyklus. Um ein zur Steuerung des Betriebswechsels verschiedener Teile der Schaltung geeignetes

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Schaitsignal zu erhalten, wird ein Zeitgebersignal einer konstanten Frequenz, die beispielsweise 60 Hz beträgt und die Form eines von einem herkömmlichen Verteiler erhaltenen Sinussignals aufweist, in einen Rechteckimpulsformer 52 eingespeist, um so ein rechteekförmiges Zeitgefaersignal zu erhalten, das eine Betriebsperiode aufweist, die ungefähr zu 50 % positiv und zu 50 # negativ ist«,

Wie bereits ausgeführt wurde, benutzt die erfindungsgemäße Einrichtung ein exponentielles Signal, das über einem Zeitgeberkondensator oder Zeitsteuerkondensator erzeugt wird«, Dieser Zeitgeberkondensator ist mit C1 bezeichnet. Vorzugsweise ist das über dem Kondensator C1 erzeugte Signal eine positive Exponentialfunktion der Zeit, d. hu, es ist eher mitgekoppelt als gegengekoppelt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein solches mitgekoppeltes Signal durch einen Mitkopplungskreis eines Operationsverstärkers 55 erhalten. Für die verschiedenen Verstärker werden positive und negative Energiequellen verwendet, obwohl in der Zeichnung diese nicht dargestellt sind. Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 55 wird mit Hilfe der Widerstände R1 und R2 auf einem vorher ausgewählten Wert stabilisiert. Die Widerstände bilden eine Spannungsteiler schaltung, die eine negative Rückkopplung des Verstärkers 55 zu seinem negativen oder umgekehrten Eingang darstellt, Der zur Erhaltung einer positiven Exponentialkennlini· notwendige Mitkopplungskreis wird durch einen Widerstand R3 gebildet, der den Ausgang des Verstärkers 55 mit seinem nicht-negativen Eingang verbindet. An diesen Eingang ist auch der Kondensator C1 angeschlossen. Die be-

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schriebene Schaltung erzeugt über dem Kondensator C1 ein exponentielles Signal mit einem positiven Exponenten, wobei die Zeitkonstante durch die Werte des Widerstands R3 und des Kondensators C1 zusammen mit dem tatsächlichen Verstärkungsfaktor des Verstärkers 55 bestimmt wird. Wie weiter unten noch genauer erläutert werden wird, arbeitet der das Signal erzeugende Schaltkreis während der positiven Teile des Rechteckzeitgebersignals.

Bevor die wiederholt erzeugten exponentiellen Signale von einem willkürlichen oder vorbestimmten Pegel aus beginnen, steuert die dargestellte Einrichtung den Startpunktj, =3o daß dieser eine genaue vorbestimmte Funktion der Amplitude des Bezugssignals ist. Diese vorherige Einstellung der Spannung des Zeitgeberkondensators geschieht während der negativen Teile dieser Rechteckzeitgebersignale. Während dieser selben Zeiträume ist die die Signale erzeugende Schaltung tatsächlich abgeschaltet ο Das Rechteckzeitgebersignal wird über eine Diode D1 und einen den Strom begrenzenden Widerstand R5 in den invertierten Eingang des Verstärkers 55 eingespeist. Dadurch ist während der negativen Teile des Rechteckzeitgebersignals die Diode in Durchlaßrichtung vorgespannt. Der Wert des Widerstandes R5 ist so ausgewählt, daß der Verstärker 55 in der Sättigung betrieben wird, unabhängig von den verschiedenen Rückkopplungsströmen, wobei das Ausgangssignal des Verstärkers 55 im wesentlichen zu der positiven Spannungsquelle getrieben wird.

Während der Voreinstellung wird die über dem Kondensator C1 liegende Spannung durch einen Operationsverstärker

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zusammen mit einem Transistor Q1, der als Inverter arbeitet, gesteuert. Die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Q1 liegt über dem Zeitgeberkondensator C1. Während der Erzeugung eines Exponentialsignals ist der Transistor QI jedoch daran gehindert, den Kondensator C1 und den Verstärker 55 aufzuladen. Dies geschieht durch einen Transistor Q2, der die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q1 ahuntet und der verhindert, daß der Transistor Q1 während der positiven Teile der Rechteckzeitgebersignale eingeschaltet wird. Dabei wird das Zeitgebersignal in die Basis des Transistors Q2 über einen, den Strom begrenzenden Widerstand R8 eingespeist. Auf der anderen Seite ist während der negativen Teile des Rechteckzeitgebersignals der Transistor Q1, da der Transistor Q2 ausgeschaltet ist, bereit zur Steuerung der Spannung über dem Kondensator.

Das abgeschwächte Bezugssignal wird in den invertierten Eingang des Operationsverstärkers 57 eingespeist, während die Spannung des Zeitgeberkondensators C1 in den nichtinvertierten Eingang eingegeben wird. Diese letztere Spannung wird in den Verstärker über einen Isolierwiderstand R7 eingespeist, der es verhindert, daß sich der Verstärker 55 während der Erzeugung des Exponentialsignals wesentlich auflädt. Das Ausgangssignal des Betriebsverstärkers 57 wird über einen den Strom begrenzenden Widerstand r6 in den Transistor Q1 eingespeist.

Die negativen Teile des Rechteckzeitgebersignals verursachen, daß der Verstärker 55 in der Sättigung betrieben wird, wobei seine Ausgangsspannung positiv ist. Dadurch ist im Kollektorkreis des Transistors Q1 über den Wider-

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stand H3 ein. Strom verfügbar. Bei dieser Betriebsart wirkt der Widerstand R3 als Kollektorlastwiderstand des Transistors Q1 , da er die Spannung über dem Kondensator C1 steuert. Da der Transistor Q1 als Signalinverter arbeitet, ist die Einspeisung der Kondensatorspannung in den nichtinvertierten Eingang des Verstärkers 57 tatsächlich eine Mitkopplung. Daraus ist ersichtlich, daß eine Servoschaltung gebildet . ist, die durch eine automatische Einstellung über eine Rückkopplungssteuerung bewirkt, daß die Spannung am Kondensator C1 auf* einem Pegel ist, das genau dem Wert des abgeschwächten Bezugssignals entspricht. Auf diese Weise ist während der negativen Teile des Rechteckzeitgebersignals die Kondensatorspannung genau auf einen Anfangswert voreingestellt, der eine Punktion der Amplitude des Bezugssignals ist.

Am Ende jedes negativen Teils des Rechteckzeitgebersignals wird die Steuerung der Aufladung des Kondensators C1 vollständig durch den Voreinstellschaltkreis ausgelöst. Wie bereits erwähnt wurde, wird der Transistor Q1 durch den Transistor Q2 ausgeschaltet. Weiterhin ist beim Transistor Q1 kein Kollektorlastwiderstand außer dem Widerstand R3 vorgesehen, und dieser Widerstand ist ein eigentlicher Teil der Schaltung, die das Exponentialsignal erzeugt.

Di· Spannung über den Kondensator C1 wird auch in den invertierten Eingang eines Vergleicherverstärkers 61 eingespeist. Das vom Filter kjy und vom Detektor h9 erhaltene Pro·= bensignal wird in den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 6i eingespeist. Demgemäß ist das Ausgangssignal des Verstärkers 61 positiv, wenn die Kondensatorspannung niedriger ist als die Spannung des Probensignals. Er schaltet aber

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auf ein negatives Potential, wenn die Kondensatorspannung die Spannung des Probensignals erreichte

Die Kollektor-Emitter-Strecken zweier in NPN-Transistoren Q3 und Q4 sind über der Basis-Emitter-Strecke eines NPN-Transistors Q5 in Serie geschaltet, um auf herkömmliche Art und Weise ein UND-Gatter zu bilden, das die Leitung über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Q5 steuert. Der Transistor Q5 ist mit einem Lastwiderstand R1O ausgestattet, der mit einer geeigneten positiven Konstant spannungsquelle verbunden ist. Der Transistor Q5 ist normalerweise in Durchgangsrichtung vorgespannt durch einen Strom von einem Widerstand RI1 ο Der Transistor Q5 kann jedoch auch durch die Transistoren Q3 und Q4 ausgeschaltet werden in dem diese nämlich beide in Durchgangsrichtung vorgespannt werden. Das Ausgangssignal des Vergleicherverstärkers 61 wird über einen Widerstand R13 zur Steuerung der Leitung durch den Transistor Q3 eingespeist, während die Leitung durch den Transistor q4 durch das Rechteckzeitgebersignal gesteuert wird, das in,die Basis dieses Transistors über einen den Strom begrenzenden Widerstand RIk eingespeist wird.

Da die Leitung durch den Transistor Q4 durch das Rechteckzeitgebersignal gesteuert wird, kann der Transistor Q5 mir während der positiven Teile der Rechteckzeitgebersignale ausgeschaltet werden. Unter der Annahme, daß die Kondensatorspannung geringer ist als die Spannung des Probensignals, so daß der Transistor Q3 vorgespannt ist, schal tet der Transistor Q5 beim Beginn des positiven Teils des Zeitgebersignals aus. In diesem Augenblick wird die Spannung

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am Kollektor des Widerstands Q5 positiv.

Unter der Annahme, daß die Zeitkonstante der exponenti eilen Aufladeschaltung ungefähr ausgewählt wird, erreicht die Spannung am Kondensator C1 den Pegel des Proben signals .im positiven Teil des Zeitgebersignals. In diesem Augenblick schaltet der Vergleichsverstärker 6i den Transistor Q3 aus, der seinerzeit den Transistor Q5 in den leitenden Zustand iimschaltet. Die Spannung am Kollektor des Transistors Q5 fällt so wiederum, im wesentlichen bis auf das Potential der Erde, ab.

Da da? Rechteckzeitgebersignal die Voreinstellung der Schaltung durch die Kondensatorspannung erlaubt und den wechselnden Betrieb der die Exponentialsignale erzeugenden Schaltung steuert, umfaßt die Spannung am Kollektor des Transistors Q5 eine Folge von Rechteckimpulsen, Die Dauer jedes Impulses hängt von den relativen Amplituden des abgeschwächten Bezugssignals und der Spannung des Probensignals ab. Das abgeschwächte Bezugssignal bestimmt die anfängliche Kondensatorspannung. Die Spannung des Probensignals bestimmt den Schwellenwert, bei welchem die exponentiell anwachsende Kondensatorspannung jeden Rechteckimpuls beendet. Da die Signalform der über dem Kondensator C1 erzeugten Spannung exponentiell verläuft, steht die Dauer jedes Impulses in einem logarithmischen Verhältnis zu den Spannungspegeln, und" es kann mathematisch gezeigt werden, daß die Dauer tatsächlich eine Punktion let des Logarithmus des Verhältnisses des Bezugssignals zum Probensignal. Da die bei dem Kollektor des Transistors Q5 erzeugten Rachteckimpulaa eine konstante Frequenz besitzen, ist der Mittelwart oder das Gleich-

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strompegel dieses Signals proportial zur Impulsbreite oder der Dauer jedes Impulses. Mit Hilfe eines Tiefpaßfiltere 65 wird ein Gleichstromsignal erhalten, das dieser mittleren Spannung gleich ist. Dieses Gleichstromsignal kann, wenn es gewünscht wird, invertiert werden, um eine negative Spannung zu erhalten. Aus den Gesetzen des Logarithmus geht hervor, daß dies gleichbedeutend ist mit dem Logarithmus des umgekehrten Verhältnisses. Auf diese Weise können die Rollen der beiden Eingangssignals vertauscht werden, ohne daß die Erfindung verlassen wird.

Da die Spannung am Zeitgeberkondensator genau durch die RUckkopplungssteuerung voreingestellt wird, kann eine gute Ausbeute der Meßzeit erhalten werden, da keine Zeit verloren wird, während der die unnützen Teile einer festgelegten Signalform vorüberlaufen, bevor das Zeitgeberin·- tervall beginnt. Da bei der dargestellten exponentiellen Signalform der Exponent positiv ist, wächst während des Zeitgeberintervalls die Änderungsrate der Kondensatorspannung. Daher wird die Schwelle erfaßt, wenn die Änderungsrate verglichen mit der anfänglichen Rate relativ hoch ist. Demgemäß wird eine große Genauigkeit des Zeitgebers erhalten. Weiterhin wird lediglich ein Schwellendektor benötigt.

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Claims

Patentansprüche

{ΛJ Signalverarbeitungsvorrichtung zur Erzeugung eines Signals, das sich, als Funktion des Logarithmus des Verhältnisses zweier Eingangssignale ändert, gekennzeich net durch einen Kondensator (Cl),

eine rückkopplungsgesteuerte Schaltung (cn, 57)» die die Spannung am Kondensator (Cl) auf einen Anfangswert einstellt, der proportional ist zur Amplitude des einen Eingangssignals und der dann die Steuerung der Aufladung des Kondensators auslöst,

eine Einrichtung (55» R3) zur Steuerung der Ladung des Kondensators (Cl), um eine Signalform der Spannung zu erhalten die sich ausgehend von dem Anfangswert als Funktion der Zeit exponentiell ändert,

eine Vergleicherschaltung (Q5)i die erfaßt, wenn die Signalform des Kondensators einen Schwellenwert erreicht, der proportional ist zur Amplitude des anderen der Eingangssignale,

eine Einrichtung zur Steuerung der die Anfangsspannung einstellenden Einrichtung und der die Signalform erzeugenden Einrichtungen, um einen wiederholt wechselnden Betrieb bei einer im wesentlichen konstanten Frequenz zu erreichen,

eine Einrichtung, die auf die Vergleicherschaltung an-. spricht, um eine Folge von Rechteckimpulsen mit im wesentlichen konstanter Amplitude zu erzeugen, wobei eine Flanke

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jedes Impulses in einer festen Phase der gesteuerten Zeitsteuerperiode auftritt und die andere Flankt dann, wenn die Signalform des Kondensators (Cl) den Schwellenwert erreicht, wobei der Mittelwert der Gleichstromspannung der Rechteckinipulsfolge eine Funktion des Logarithmus des Verhältnisses der Eingangssignale ist.

2„ Signalverarbeitungseinrichtung zur Erzeugung eines Signals, das sich als Funktion des Logarithmus des Verhältnisses zweier Eingangssignale ändert, gekennzeichnet durch einen Kondensator (C1),

eine rückkopplungsgesteuerte Schaltung (Q1, 57)» die die Spannung am Kondensator (Cl) auf einen Anfangswert einstellt, der proportional ist zur Amplitude des einen Eingangssignals und dann die Steuerung der Aufladung des Kondensators auslöst,

eine Einrichtung mit einem Verstärker (55) und einem damit verbundenen Widerstand (R3) zur Erzeugung einer Mitkopplung, um die Ladung auf dem Kondensator so zu steuern, dai3 ein Spannungssignal entsteht, das ausgehend von dem Anfang·«-- wert sich exponentiell mit der Zeit ändert, wobei der Exponent positiv ist,

eine Vergleicher schaltung (9.5), die erfaßt, wenn die Signalform des Kondensators einen Schwellenwert erreicht, der proportional ist zur Amplitude des anderen der Eingangeslgnale,

eine Einrichtung zur Steuerung der die Anfangsspannung einstellenden Einrichtungen und der die Signalform erzeugenden

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COPY

Einrichtungen für einen wiederholten, wechselnden Betrieb, bei im wesentlichen konstanter Freqxienz, und

eine Einrichtung, die durch die Vergleicherschaltung gesteuert wird, um eine Folge von Rechteckimpulsen zu erzeugen, die eine im wesentlichen konstante Amplitude aufweisen, wobei jeder Impuls dann beginnt, wenn die Steuerung d^r Aufladung des Kondensators ausgelöst wird, durch die die Anfangsspannung einstellenden Einrichtungen und beendet will, wenn die Signalform des Kondensators den Schwellenwert erreicht, wobei der Mittelwert der Gleichstromspannung der Rechteckimpulsfolge eine Funktion des Logarithmuä des Verhältnisses der beiden Eingangssignale ist_u

3- Photometrische Vorrichtung zur Messung der Absorption eines Probenmaterials, gekennzeichnet durch

eine Probenzelle (i3)i zur Aufnahme des Probenmaterials,

eine Bezugszelle (i5)f die im wesentlichen gleich ist mit der Probenzelle,

eine Einrichtung (19» 21 ), die von einer gemeinsamen Quelle (17) aus eine Strahlung durch jede der Zellen (13> 15) sendet,

eine Einrichtung (27) zur Unterbrechung der von der Probenzelle (13) durchgelassenen Strahlung mit einer ersten Frequenz und der von der Bezugszelle (if>) durchgelassenen Strahlung mit einer zweiten Frequenz, einen Strahlungsdetektor (39),

eine Einrichtung (37) zum Zusammenfassen der unterbrochenen

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BAD ORiGiNAL

Strahlung von beiden Zellen und zum Einspeisen der vereinigten Strahlung in den Strahlungsdetektor (39)»

eine Einrichtung (43, ^5) zum Filtern des vom Strahlungsdetektor (39) erhaltenen Signals, um die Wechselstromkomponenten abzutrennen, die den unterbrochenen Strahlungskomponenten entsprechen, die von den jeweiligen Zellen erhalten wurden,

eine Einrichtung zum Erfassen der Wechselstromkomponenten, um zwei Durchgangssignale zu erhalten.

einen Kondensator (Cl),

eine rückkopplungsgesteuerte Schaltung (Al, 57), um die Spannung am Kondensator auf einen Anfangswert einzustellen, der proportional ist zum Pegel des einen der Durchgangssignale und dann die Steuerung der Aufladung des Kondensators auslöst,

eine Einrichtung (55 t R3) zur Steuerung der Ladung des Kondensators (Cl), um eine Signalform der Spannung zu erzeugen, die sich, ausgehend von dem Anfangswert, exponentiell mit der Zelt ändert,

eine Vergleicherschaltung (Q5), die erfaßt, wenn die Signalform des Kondensators (C1) einen Schwellenwert erreicht, der proportional ist zum Schwellenwert des anderen der Durchgangssignale,

eine Zeitsteuereinrichtung, die die Einrichtung zur Einstellung der Anfangsspannung und die die Signalform erzeugende Einrichtung steuert, um einen wiederholt wechseln-

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den Betrieb bei einer im wesentlichen konstanten Frequenz zu ermöglichen,

eine Einrichtung, die durch die Vergleicherschaltung und die Zeitsteuereinrichtung gesteuert wird, um eine Rechteckimpulsfolge von im wesentlichen konstanter Amplitude zu erzeugen, wobei eine Kante jedes Impulses mit einer festen Phase in einem gesteuerten Zeitgeberzyklus a.uftri+t, und die andere Kante dann vorliegt, wenn die Signalform des Kondensators den Schwellenwert des Probensignals erreicht, wobei die mittlere Gleichstromspannung der Rechteckimpulsfolge eine Funktion des Logarithmus des Verhältnisses der Durchgangssignale ist,

4 ο Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet» daß die die Ladung steuernde Einrichtung einen Verstärker (55) und einen damit verbundenen Widerstand (R3) umfaßt, um eine Mitkopplung zu erzielen, so daß am Kondensator (1) eine exponentielle Signalform mit einem positiven Expo~ nenten erzeugt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erfassen der Wechselstromkomponenten ein Probendurchgangs- und ein Bezugsdurchgangssignal liefert, wobei das Bezugsdurchgangssignal durch eine Abschwächungseinrichtung (51) unter den erwarteten Pegel der Probendurchgangssignale gesenkt wird.

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