DE2241724A1 - Verfahren und vorrichtung zur teilchenanalyse unter verwendung eines elektronischen rechners - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Teilchenanalyse unter Verwendung,

eines elektronischen Rechners

(Priorität: 30. August 1971, USA, Nr. 176 101)-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung bzw. Schaltung zur Teilchenanalyse unter Verwendung eines elektronischen Rechners.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Daten oder Signale eines Teilchenanalysators direkt einem elektronischen Rechner zuzuführen, um so eine Zwischenspeicherung, Reduktion oder Analyse der Daten oder eine Datenverarbeitung vor der Eingabe in den Rechner zu vermeiden.

Im einzelnen, wird das Ausgangssignal eines beispielsweise nach dem Coulter-Teilchenmeßprinzip arbeitenden Teilchenanalysators durch Analog-Digital-Umwandlung in einen für den Rechner verständlichen Code umgesetzt und diesem zugeführt, wo es in seiner

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eigenen Informationskategorie gespeichert wird und in berechneter Form abgefragt werden kann.

In der DT-PS 964 810 ist ein Teilchenanalysator beschrieben, dessen Ausgangssignal die Form einer von Teilchen erzeugten Impulskette hat. Dabei ist die Amplitude Jedes Impulses im wesentlichen proportional der Größe des jeweils von dem Gerät nach dem Coulter-Teilchenmeßprinzip gemessenen Teilchens. Die Teilchen können in dieser Analogform gezählt und gemessen werden. Für den Einsatz eines Rechners müssen jedoch die Analogsignale in Digitalform umgesetzt werden, bevor sie dem Rechner zugeführt werden. Darauf werden die gespeicherten Daten in einer für den statistischen Gebrauch geeigneten Form zugänglich gemacht.

Bei einer Ausführungsform des Geräts wird unter Verwendung von Proben- und Halte- sowie Sperreinrichtungen eine Spitzenmessung durchgeführt. Bei einer anderen Ausfüiirungsform wird vor der Übergabe der Daten an den Rechner eine Schaltung zur Verbesserung der Linearität verwendet. In beiden Ausführungsformen wird der gleiche relative elektrische Augenblickwert jedes von einem Teilchen erzeugten Impulses gemessen, bevor die Übertragung der Daten zum Rechner erfolgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur direkten Eingabe von Daten aus einem Teilchenanalysator in einen Rechner zur weiteren Datenanalyse, bei dem mittels eines Teilchenanalysators die Teilchen einzeln gemessen und darauf ein das Teilchen wiedergebender Impuls für jedes Teilchen erzeugt wird, zeichnet sich dadurch aus, daß der gleiche relative elektrische Augenblickswert für jeden von einem Teilchen erzeugten Impuls gemessen wird, daß jeder Augenblickswa-t elektrisch gehalten wird, daß der Wert in einen für den Rechner verständlichen Code umgewandelt wird, daß der Code durch einen Verbindungsaufbau dem Rechner zugeführt

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wird, daß die codierten Daten von einem Zug solcher Teilchenimpulse im Rechner gespeichert werden, wobei die Speicherung derart erfolgt, daß die Daten im Rechner analysiert werden können, und daß die Daten in einer für die Teilchendatenanalyse "brauchbaren Form aus dem Rechner abgerufen werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur direkten Eingabe von Daten aus einem Teilchenanalysator in einen Rechner zur weiteren Datenanalyse zeichnet sich aus durch einen Teilchenanalysator, an dessen Ausgang ein Zug aus Impulsen abgegriffen wird, die je einen Parameter aufweisen, der im wesentlichen proportional ist dem jeweiligen den Impuls erzeugenden Teilchen, durch eine den Augenßickswert des Impulsparameters messende Meßeinrichtung, die derart angeschlossen ist, daß sie die Impulse empfängt, durch eiffii an den Ausgang der Meßeinrichtung angeschlossenen Signalumsetzer zur Umwandlung des Wertes in einen für den zur Aufnahme des Aucg^iigosignals des Konverters bestimmten Rechner verständlichen Code, und durch eine die Adressen zuordnende Trenn- bzw. Verbindungseinrichtung, die zwischen den Rechner und den Umsetzer geschaltet ist, wobei die Adressen entsprechend dem Wert des Jmpulsparameters zugeordnet werden,

Anhand der in der beigefügten Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1. das Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens; und

Fig. 2 ein zweites, abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Gerät ist. in den Figuren mit 10 bezeichnet. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel erzeugt ein Teilchenanalysator 12 an seinem Ausgang 14 einen Im-

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pulszug. Die Amplitude jedes Impulses 1st proportional der Größe des denselben erzeugenden Teilchens (gemäß dem Coulter-Teilchenmeßprinzip). Die Impulse laufen durch eine Torschaltung 16 auf Leitungen 18 und 19, von denen sie einer Probe- und Halteschaltung 20 bzw. einem Spitzendetektor 22 zugeführt werden. Der Ausgang 24 der Probe- und Halteschaltung 20 ist an einen A/D-Umsetzer 26 angeschlossen. Der Spitzendetektor 22 mißt den gleichen relativen elektrischen Augenblickswert für jeden von einem Teilchen erzeugten Impuls und arbeitet als Triggerschaltung zur Einschaltung der Probe- und Halteschaltung 20, so daß der A/D-Umsetzer 26 durch einen auf der Ausgangsleitung 24 einlaufenden Impuls eingeschaltet wird.

Wenn der Spitzendetektor 22 durch einen Impuls vom Gatter 26 erregt wird, so erzeugt er, wenn die Impulsspitze erreicht ist, auf einer Leitung 28 ein Ausgangssignal. Dieses Ausgangssignal triggert die Probe- und Halteschaltung, schaltet den A/D-Umsetzer über eine Leitung 30 ein und setzt über eine Leitung 34 eine Sperreinrichtung 32. Die Sperreinrichtung 32 sperrt daraufhin über eine Leitung 36 die Torschaltung 16, so daß diese keinen einlaufenden Teilchenimpuls annimmt, bis der Impuls, der gerade durch das Gerät 10 verarbeitet wird, vollständig durch das Gerät gelaufen ist.

Zusätzlich wird der ursprüngliche Teilchenimpuls über eine Leitung 38 der Sperreinrichtung 32 zugeführt. Hierdurch wird verhindert, daß die Torschaltung 16 während eines zu kurz darauf folgenden Impulses wieder eingeschaltet wird, da dies zur Analyse eines Teilimpulses führen würde. Der Verlust eines solchen zu unmittelbar folgenden Impulses kann durch eia Koinzidenz-Korrekturprogramm korrigiert werden. Wenn vom A/D-Umsetzer 26 ein Ausgangssignal erzeugt und ein Rechner 42 das Datensignal angenommen hat, wird auf einer Leitung 40 ein Rücksetzsignal erzeugt, das das Sperrsignal auf der Leitung 36 löscht und die Torschaltung 16 öffnet, wenn auf der Leitung 38 kein Sperr- oder

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Löschsignal anliegt. Die Sperreinrichtung 32 kann im wesentlichen aus zwei RS-Flip-Flops bestehen, die durch ein Signal auf der Leitung 34 gesetzt und durch geeignete Signale auf den Leitungen 40 und 38 rückgesetzt werden. Ihre Ausgänge sind in einer logischen ODER-Verknüpfung miteinander verbunden, so daß sie zur Verarbeitung des nächsten Impulses und zur Abschaltung des Sperrsignals von der Leitung 36 beide rückgesetzt werden müssen.

Das Ausgangssignal des A/D-Umsetzers 26 erscheint auf einer Gruppe von beispielsweise 8 Leitungen 44. Der Ausgang des Umsetzers 26 ist über eine Trennschaltung 46 mit dem Rechner verbunden. Die Ausgänge der Trennschaltung 46 sind auf eine Gruppe von Leitungen 48 geschaltet, deren Anzahl gleich der der Leitungsgruppe 44 ist. Die Trennschaltung überträgt den digitalen Ausgangswert des von der Probe- t:nd Halteschaltung 20 gespeicherten Signals in einen geeigneten Adressensatz des Speichers des Rechners 42. Durch diese Operation erfolgt eine Klasseneinteilung der Teilchen entsprechend ihrer Größe und der Teilchenanzahl jeder Größe. Die Klassenteilung enthält zweckmäßigerweise mehrere Teilchengrößenbereiche. Stets wenn der Rechner 42 eine Adresse von der Trennschaltung 46 empfängt, gibt diese einen bestimmten Teilchengrößenbereich wieder. Der Rechner fragt dann die gezählten Daten vom Speicherplatz ab, der dem speziellen Größenbereich entspricht, addiert die neue Zählinformation und speichert die sich ergebenden Zähldaten auf dem bestimmten Speicheradressenplatz . Auf diese Weise speichert der Rechner automatisch und direkt eine Gesamtzählung für jeden Größenbereich in seinem Speicher. Im Speicher des Rechners kann ein durch eine Leitung 49 adressierter Speicherplatz vorgesehen sein, der die Gesamtzählung in sämtlichen Bereichen wiedergibt.

Zur Messung von Teilchenkonzentrationen kann zur Start-Stop-Steuerung eine Leitung 50 vorgesehen sein, die den Teilchenanalysator 12 mit der Trennschaltung 46 verbindet. Hierdurch

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kann nach der überwachung eines bestimmten Probenvolumens die Zählung unterbrochen werden, über eine Leitung 51 wird vom A/D-Umsetzer 26 zur Trennschaltung 46 ein Signal übertragen, wenn die Daten für den Rechner fertig aufbereitet sind. Die Rücksetzung der Trennschaltung erfolgt über eine Leitung 52, wenn der Rechner die Daten übernommen hat.

Der Rechner kann gegebenenfalls so programmiert sein, daß sein Eingang abgeschaltet wird, wenn er eine vorherbestimmte Anzahl von Eingangssignalen in einem beliebigen Größenbereich oder eine bestimmte Gesamtzahl für sämtliche Größenbereiche empfangen hat. Hierbei kann der Rechner auch so programmiert sein, daß er über seine Ausgangsleitung 53 zu einer Trennschaltung 54 an ein Peripheriegerät 55 beginnt, das beispielsweise aus einem Linienschreiber bestehen kann. Die Datenausgabe kann auch in Form einer listenmäßigen Aufführung der Kanäle er-Iolgen, inöer die Anzahl der Teilchen in jedem Kanal angegeben ist. Das Peripheriegerät 55 kann aus einem Aufzeichnungsgerät bestehen, das die Anzahl der Teilchen in Abhängigkeit vom Bereich in einem Diagramm wiedergibt. Gleichzeitig kann auch die Gesamtzahl ausgedruckt werden. So können viele unterschiedliche Formen von AusgabeSignalen programmiert werden.

Zusätzlich oder alternativ kann ein weiteres zusammenwirkendes Gerät 56 vorgesehen sein, beispielsweise eine Kathodenstrahlröhre oder ein Fernschreiber, die die Daten oder Teile derselben aufzeichnen oder ausgeben. Ferner kann eine Steuereinrichtung zur Informationsabfrage auf einen Steuerbefehl vorgesehen sein. Im Falle von Kommandos erfolgt die Programmierung durch Betätigung einer Tastatur. Das zusammenwirkende Gerät ist mit seiner Trennschaltung 53 und seiner Steuerleitung 60 gezeigt.

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Fig. 2 zeigt im wesentlichen die gleiche Schaltung wie Fig. 1., mit der Ausnahme, daß anstelle der Probe- und Halteschaltung 20 zwischen die Torschaltung 16 und den A/D-Umsetzer 26 eine Schaltung 62 zur Verbesserung der Linearität geschaltet ist. Diese kann beispielsweise ähnlich der Schaltung sein, die in der DT-PS 1 623 657 beschrieben ist. Diese Schaltung verbessert die Linearität des Teilchenanalysators 12 durch Messung der Teilchenimpulse bei einem Augenblicks-Amplitudenwert, der in ihrer Mitte anstatt ihrer Spitzenamplitude liegt. Dies geschieht durch Integration jedes Impulses und Vergleich des ursprünglichen Impulses mit seinem integrierten Impuls, wobei die Amplituden der beiden Impulse so eingestellt sind, daß sie in dem Augenblick einander gleich sind, der der Zeit entspricht, zu der das den Impuls erzeugende Teilchen sich genau in der Mitte der Meßzone des Teilchenanalysators befindet. Da die Schaltung 62 einen Integrator enthält, verhindert man zweckmäßigerweise den weiteren Anstieg des Ausgangssignals des Integrators in dem Augenblick, zu dem seine Amplitude gleich ist der des einlaufenden Teilchenimpulses. Hierdurch wird im Speicher ein Spannungswert gehalten, der dem Volumen des Teilchens entspricht. Der gehaltene Spannungswert wird über die Ausgangsleitung 24 dem A/D-Umsetzer 26 zugeführt.

Wenn der A/D-Umsetzer eine Umsetzung beendet, kann der Integrator in Vorbereitung der nächsten Impulsanalyse über die Leitung 30 rückgesetzt oder kurzgeschlossen werden. Über die Leitung 34 verhindert der A/D-Umsetzer mit Hilfe der Sperreinrichtung 32, daß Teilchenimpulse der Schaltung 62 zur Linearitätsverbeserung mittels eines Sperrimpulses auf der Leitung 36 zugeführt werden. Zwischen Leitungen 66 und 68 ist eine Schwellenschaltung 64 geschaltet, so daß die Trennschaltung'46"die Gesamtzahl der Impulse unabhängig davon zählen"kann, ob der A/D-Umsetzer zufällig so langsam ist, daß die Analyse des zweiten Impulses von zwei unmittelbar hintereinander folgenden Impulsen verhindert wird.

Da der Rechner normalerweise zur Durchführung von statistischen Analysen eine Teilchenfrequenz-vs-Volumenverteilung speichert, brauchen nicht sämtliche Teilchen und ihre im Rechner gespeicherten Volumina analysiert zu werden. Es braucht lediglich eine Probe mit guter Verteilung dieser Teilchen analysiert zu werden. So wird durch die Schaltung 62 lediglich die Zeitdauer verlängert, die zur Erzielung einer richtigen Wiedergabe des Teilchenvolumens in einer statistisch äquivalenten Probe notwendig ist. Sollen unabhängig vom Teilchenvolumen sämtliche Teilchen gezählt werden, so werden die Teilchenimpulse über die Leitung 66 der Schwellenschaltung 64 zugeführt, deren Spannungs-Bezugspegel so gewählt sei, daß sämtliche Teilchen unabhängig von ihrer Größe gezählt werden können. Diese Schaltung gibt für Jedes Teilchen auf der Leitung 68 einen Impuls ab, der der Trennschaltung 46 zugeführt wird. Die Anzahl der Teilchen wird auf einem Adressenplatz des Rechners 42 gespeichert, der somit sämtliche Teilchen eines gegebenen Probenvolumens speichert. Die Start-Stop-Steuerung über die Leitung 50 des Teilchenanalysators 12 wird ebenfalls der Trennschaltung 46 zugeführt, so daß die Teilchenkonzentration im Rechner gespeichert werden kann. Der Rechner kann so programmiert sein, daß er eine Koinzidenzkorrektur durchführt.

Obwohl in Fig. 1 nicht gezeigt, kann die Schwellenschaltung 64 mit ihren Ein- und Ausgangsleitungen 66 bzw. 68 für den vorstehend beschriebenen Zweck in der in Fig. 2 gezeigten Weise angeschlossen sein.

Bei beiden Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Geräts 10 können beispjßlsweise zwischen die Leitung 14 und die Torschaltung 16 Schaltungen geschaltet sein, durch die Störungen unterdrückt werden.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. DA-4982 P AT E.N T A N S P R Ü C H E

   (Λ/ Verfahren zur direkten Eingabe von Daten aus einem Teilchenanalysator in einen elektronischen Rechner zur weiteren Datenverarbeitung, wobei der Teilchenanalysator die Teilchen einzeln feststellt und für jedes festgestellte Teilchen einen das Teilchen wiedergebenden Impuls erzeugt, dadurch gekennzeichnet , daß für Jeden von einem Teilchen erzeugten Impuls der güche relative elektrische Augenblickswert gemessen wird, daß der Augenblickswert auf elektrische Weise gehalten wird, daß der Wert in einen für den Rechner verständlichen Code umgesetzt wird, daß der Code über ein? Trenn- bzw. Verbindungsanordnung dem Rechner zugeführt wird, daß im Rechner die codierten Daten aus einem Zug solcher Teilchenimpulse gespeichert werden, wobei die Speicherung in einer Form erfolgt, die die Analyse der Daten im Rechner gestattet, und daß die Daten in einer für die Teilchendatenanalyse brauchbaren Form aus dem Rechner abgerufen werden.

   2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Wertmessung die Spitze jedes von einem fellchen erzeugten Impulses gemessen wird*

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Wertmessung der Impulsamplituden wert in der Mitte jedes Impulses gemessen wird, der durch das überwachte Teilchen erzeugt wird.

   4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung aus der Analogform in die Digitalform erfolgt, daß der Augenblickswert der Analogwert ist, und daß der Augenblickswert durch die Amplitude des Teilchenimpulses zu einem vorherbestimmten Augenblick bestimmt wird.

   5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Impuls während der Umwandlung zur Sperre der Messung des folgenden Impulses verwendet wird.

   6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß bei der Eingabe in den Rechner der Rechner mittels mehrerer getrennter Adressen adressiert wird, von denen jede einen unterschiedlichen Teilchengrößenbereich umfaßt.

   7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilchenanalysator nach dem Coulter-Teilchenmeßprinzip arbeitet.

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   8. Vorrichtung zur direkten Eingabe von Daten aus einem Teilchenanalysator in einen elektronischen Rechner zur weiteren Datenverarbeitung, gekennzeichnet durch einen Teilchenanalysator (12) mit einem Ausgang (14), der eine Kette von Impulsen abgibt, die je wenigstens einen Parameter aufweisen, der im wesentlichen proportional ist einem den Impuls erzeugenden Teilchen, durch eine zum Empfang dieser Impulse geschaltete (16) Augenblicks-Impuls-Parameterwert-Meßeinrichtung (20, 22; 62), durch einen an den Ausgang -(24) der Meßeinrichtung angeschlossenen Signalumsetzer (26) zur Umwandlung des Werts in eine für den Rechner verständliche Form, durch einen Rechner (42) zum Empfang des Ausgangs signals des Umsetzers (26), und durch eir"? PAres· senzuordnungs-Trennschaltung (46), die mittels Leitungen (44, 48, 49, 51, 52) zwischen den Rechner und den Umsetzer geschaltet ist, wobei die Adressen entsprechend dem Wert des Impulsparameters zugeordnet werden.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η -

   ζ e i c h η e t , daß der Impulsparameter die Amplitude und die Meßeinrichtung ein Impulsamplitudendetektor (22) ist. ■'"- '■'

   10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e ■£'''"^ daß" die Meßeinrichtung eine Schaltung (62) zur Liheäi'itfetsviBrbesserüng enthalt. '"' " " ■ "'

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   11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltung (62) zur Linearitätsverbesserung eine Schaltung zur Messung der Amplitude der Mitte Jedes von einem Teilchen erzeugten Impulses und zur Übertragung jeder Mittenamplitude zum Umsetzer enthält.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine Spitzenmeßeinrichtung (22) und eine Probe- und Kalteeinrichtuiig (20) enthält, die über Leitungen (18, 19) zum Empfang der Teilchenimpulse geschaltet sind, daß der Umsetzer (26) an dea Ausgang (24) der Probe- und Halteschaltung angeschlossen ist, und daß der Umsetzer und die Probe- und Halteeinrichtung durch den Ausgang (28, 30) des Spitzendetektors einschal tbar sind.

   13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, gekennzeichnet durch eine zwischen den Teilchenanalysator (12) und die Meßeinrichtung (20, 22; 62) geschaltete Torschaltung (16), durch eine an die Torschaltung über eine Leitung (36) angeschlossene Sperreinrichtung (32), sowie ferner dadurch, daß die Sperreinrichtung (32) über eine Leitung (3A) an einen Ausgang des Umsetzers (26) derart angeschlossen ist, daß die Torschaltung (16) nath der Einspeisung eines Teilchenimpulses in die Meßeinrichtung liii tine vorherbestimmte Zeit geschlossen wird.

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   14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Sperreinrichtung (32) ferner über eine Leitung (38) an den Ausgang des Teilchenanalysators (12) angeschlossen und derart aufgebaut ist, daß die Torschaltung (16) bis zu einer bestimmten Zeit nach der Einspeisung eines Teilchenimpulses geschlossen gehal-> ten wird.

   15· Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Sperreinrichtung (32) eine RS-Flip-Flop-Schaltung enthält, die durch die Meßeinrichtung gesetzt und durch die Trennschaltung (46) rückgesetzt wird, wobei die-Torschaltung (16) durch das Setzen (36) der Flip-Flop-Schaltung geschlossen wird.

   16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß eine impulsgesteuerte Schaltung (64) direkt zwischen den Ausgang (14) des Teilchenanalysators (12) und einen Eingang der Trennschaltung (46) geschaltet ist, so daß die Gesamtteilchenzahl mittels des Rechners gespeichert werden kann.

   17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß der Signalumsetzer ein Analog/Digital-Umsetzer (26) ist.

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   18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17i dadurch gekennzeichnet , daß der Teilehenanalysator (12) nach dem Coulter-Teilchenmeßprinzip arbeitet.

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