DE2258643A1

DE2258643A1 - Anordnung fuer die impulshoehenbestimmung

Info

Publication number: DE2258643A1
Application number: DE19722258643
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr-Ing Schulz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-12-22
Filing date: 1972-11-30
Publication date: 1974-06-06
Also published as: IT986870B; GB1410245A; DE2163722A1; CA955659A; NL7216936A; SE384278B; US3845397A; FR2170531A5

Description

Pat ent-Verwaltungs-GmbH 6000 Frankfurt (Main) 70, Theodor-Stern-Kai 1

7900 Ulm, den 27. Nov. I972

PT/UL/Schz/bn

UL 72/182

"Anordnung für die Impulshöhenbestimmung" Zusatz zu Patent . ... ... (P 21 63 722.9)

Gegenstand des Hauptpatentee ist ein Verfahren für die Impulshöhenbestimmung von Impulsen verschiedener, eine vorgegebene Mindestamplitude überschreitender Amplitude mit Hilfe eines Impulsverlängerers, der die Amplitude des Impulsmaximums zwischenspeichert, und mit anschließender . Analog/Digital-Wandlung, wobei nach Feststellung eines Impulsmaximums der weitere Impulsverlauf über einen vorgegebenen Zeitraum beobachtet wird und wobei die Auswertung

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oder Übergabe dea Digitalwertes unterdrückt wird« wenn eich durch weiteres Ansteigen der Impulsamplitude das registrierte Maximum nur als ein störsignalbedingtes Zwischenmax 1 mum erweist«

Zwei der klassischen Verfahren* die bei der Analog/Digital-Wandlung von Impulsamplituden heute zur Anwendung kommen, das Verfahren gemäß dem Hauptpatent und Anordnungen nach der Erfindung werden anhand der Figuren im folgenden beschrieben.

Fig. 1 zeigt den Impulsplan für die Aufbereitung der Impulse und die anschließende Analog/Digital-Wandlung nach dem Zero-cross-over-Verfahren unter Einbeziehung des Verfahrens gemäß dem Hauptpatent,

Fig. 2 zeigt einen Impulaplan für die Aufbereitung der Impulse und die anschließende Analog/Digital-Wandlung unter Verwendung des Verfahrens mit fester Verzögerung unter Einbeziehung des Verfahrens gemäß dem Hauptpatent,

Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild eines Aueführungebeispiels zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Hauptpatent im Sinne der Erfindung,

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Fig. 4 ein Blockschaltbild zur näheren Erläuterung eines Teils der Anordnung nach Fig. 3,

* 5 ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines weiteren Teils der Fi3. 3,

Fig. 6 einen Impulsplan zu Fig.. 5»

Fig. 7 ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines weiteren der Fig. 3 und

Fig. 8 einen Impulsplan zur. Erläuterung von Fig.; 7·

Die Figuren 1 und gehen von einer Impulsform aus, die einen langen schleppenden Anstieg der Detektorimpulse aufweisen. -Derartige Impulsformen treten zum Beispiel bei der Partikel-Volumen-Analyse auf, wie sie mit Hilfe des sogenannten Coulter-Verfahrens durchgeführt wird; Bei diesem Verfahren, das z. B. in der DAS 1 8o6 512 beschrieben ist, strömt eine partikelhaltige Elektrolytlösung von einem

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Gefäß durch eine kleine Meßöffnung in ein zweites Gefäß. In beiden Gefäßen sind Elektroden angeordnet« die an einen elektrischen Meßkreia angeschlossen sind. Wenn ein Partikel durch die Meßöffnung tritt, erführt der Stromkreis, in dem die beiden Elektroden liegen, eine StromHnderung, deren Größe ein Maß für das Volumen des durch die Meßöffnung tretenden Partikels ist. Da die Partikel schon vor dem Eintreten in die Meßöffnung sich in dem elektrischen Stromkreis befinden, werden sie von diesem registriert. Die Feldkomzentration ist in der Meßöffnung am größten, so daß beim Eintritt in die Meßöffnung die ausgelöste Stromänderung sprunghaft ansteigt. Da jedoch - wie erwähnt - das Partikel schon vor dem Eintreten in die Meßöffnung von dem Meßkreis erfaßt wird, drückt sich dieses in einem langsamen Anstieg der Stromänderung vor der erwähnten sprunghaften Stromänderung aus.

Die Figur 1 veranschaulicht das sogenannte Xero-cross-over-Verfahren. In der Figur 1 oben ist die Impulsform des verstärkten Detektorsignals, das von einem großen und von einem kleinen Partikel hervorgerufen wurde, dargestellt. In dieser Figur wurde ferner die Lage einer unteren Schwelle eingezeichnet, die im wesentlichen die Aufgabe hat, alle

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diejenigen Impulssignale zu unterdrücken (Rauschen), die kleiner sind als der Abstand dieser Schwelle gegenüber der sogenannten Basislinie. Diese Basislinie kennzeichnet den Wert Amplitude = O des verstärkten Detektorimpulses.

Das Ausgangssignal der unteren Schwelle, ein digitales Signal, ist unterhalb der verstärkten Detektorimpulse dargestellt, und es zeigt sich, daß die Überschreitung der unteren Schwelle durch den Detektorimpuls von der unteren Schwelle angegeben wird.

Die weiteren dargestellten Signale in Fig. 1 werden für das sogenannte "Sample" und "Hold" der Analog-Digital-Wandlung benötigt. Die Analog-Digital-Umsetzung eines Analogwertes, der wie ein Impuls sich mit der Zeit in seiner Amplitude ändert, ist ja nur zu einem bestimmten Zeitpunkt sinnvoll. Dieser Zeitpunkt ist im vorliegenden Falle der Maximalwert der Amplitude, weil dieser Maximalwert proportional dem Volumen des Fartikels ist. Da der Analog-Digital-Wandler für seine Umsetzung eine gewisse Zeit benötigt, in der der Analogwert unverändert zur Verfügung stehen muß, ist es erforderlich, diesen Maximalwert für die Dauer der Analog-Digital-Umsetzung festzuhalten. Das "Sample" kennzeichnet also den Zeitpunkt zu dem ein Amplitudenwert bestimmt werden soll und das "Hold" ist notwendigem den Analogwert zu diesem Zeitpunkt für die Dauer der Analog-Digital-Umsetzung zu halten. Die Schaltung, die bei Angabe des Zeitpunktes

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den zugehörigen Amplitudenwert festhält, wird hler Impulsverlängerer genannt. Den Zeitpunkt des Impulsmaximums bestimmt man nun durch Bildung der ersten Differentiation an den Verlauf des Detektorimpulses. Das Resultat dieeer Differentiation ergibt Null zum Zeitpunkt des Maximums und ist unterhalb des Ausgangesignals der unteren Schwelle dargestellt. Das Verfahren ist nach dieeer Methode benannt, weil der Null-Durchgang (zero-cross-over) des differenzierten Detektorsignals zur Zeitbestimmung des Impulsmaxüraums benutzt wird. Der besondere Vorteil dieses Verfahrene liegt darin, daß der Null-Durchgang, und damit der Zeitpunkt, sowohl von der Größe als auch von der Anstiegszeit der Detektorimpulse unabhängig ist. Das differenzierte Signal wird nun erheblich verstärkt, so daß eine steile negative Flanke zum Zeitpunkt des Null-Durchgangs sowohl bei großen ale auch bei kleinen Detektorimpulsen zur Verfügung steht. Diese negative Flanke wird in einem schmalen Steuerimpuls (Trigger) umgewandelt, der den Impulsverlängerer startet. Die entsprechenden Impulsformen sind in Figur 1 untereinander dargestellt. Die starke Verstärkung des differenzierten Detektors'ignals bringt die Anhebung des Rauschpegels mit sich. Um dieses Rauschen von der Erzeugung ungewollter Triggersignale auszuschließen, werden über eine elektronische Torschaltung nur diejenigen Triggersignale für die Ansteuerung des Impulsverlängerers durchgelassen, die während der Phase der Überschreitung der unteren Schwelle entstehen.

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Figur 1 zeigt nun bereite die Schwierigkeiten! die bei der Verarbeitung von Detektoiimpülsen mit einem schleppenden Anstieg entstehen* Stellt man die untere Schwelle so niedrig ein, daß auch Impulse von kleinen Partikeln gemessen werden können, so wird die untere Schwelle bereits in diesem schleppenden Anstieg eines Impulses von einem großen Partikel überschritten* Zu diesem Zeitpunkt ist jedoch der Differentialquotient des Detektorsignales noch so klein, daß der anschließende Verstärker noch nicht nennenswert ausgesteuert wird, d. h. noch nicht iri die Begrenzung geht. Der Ausgang des Verstärkers zeigt, Wie in Figur 1 dargestellt, nach Überschreitung der unteren Schwelle noch Rauschimpulse, die zur Auslösung unzulässiger Triggersignale für den Impulsverlängerer führen. Der Analog-Digital-Wandler ,wertet dann die Amplitude des schleppenden Anstiegs zu diesem Zeitpunkt aus. Das Resultat ist falsch und liegt etwa im Bereich der richtig ausgewerteten Impulse kleiner Partikel. Die Volumen-Verteilungskurve der kleinen Partikel wird durch diese Fehlanalysen überdeckt und falsch dargeotellt.

Die eigentliche Analog-Digital-Wahdlung ist für die Dar-

Hauptpatent

stellung des Verfahrens gemäß dem/völlig nebensächlich. Es gibt die verschiedensten Verfahren für die Analog-Digital-Wandlung, die hier nicht im einzelnen zur Diskussion stehen. Bei der Impuls-Höhenanalyse wird üblicherweise der gehaltene Analogwert mit einer linear ansteigenden Vergleichsspanniing

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ν ·■■■"■· - 8 -

verglichen, die Dauer zwischen dem Beginn dieser Vergleichnkpannung und dem Erreichen des Analogwertes mit einer konstanten Taktfrequenz quantisiert und die Zaftl dieser 'fakfcirapulse digital gezählt. Der Zählerstand wird dann zur übergabe des Digitalwertes parallel, ausgegeben.

Die Figur 2 zeigt in groben Umrissen ein zweites Verfahren zur Irapulsaufbereitung, das in der Kernspektroskopie häufig angewendet wird. Auch bei diesem Verfahren ist, wie beim vorgenannten,eine untere Schwelle vorhanden, di£ überschritten werden muß. Der Triggerimpule für den Beginn der Analog-Digital-Wandlung wird aus einer festen Verzögerung gegenüber der ersten Überschreitung der Unteren Schwelle abgeleitet. Der Impulsverlängerer hält nun den jeweiligen höchsten Wert des verzögerten Detektorsignals bis die Analog-Digital-Wandlung abgeschlossen ist. Wenn der Triggeriinpuls also irgendwann nach dem Überschreiten des Impulsmaximums des Detektorsignals gegeben wird, ist die anschließende Analog-Digital-Wandlung richtig. Der Impulsverlängerer wird dann auf Null entladen und steht zur Speicherung des nächsten Impulemaximums zur Verfugung. Bei diesem Verfahren ist es wichtig, die feste Verzögerung gegenüber der Schwellenüberschreitung nur so groß zu machen, daß die Analog-Digit al-Wandlung möglichst kurz nach Erreichen des Impulsmaximums erfolgt. Macht man diese Verzögerung t™ unnötig groß, so besteht die Wahrscheinlichkeit, daß ein zweites größeres Detektorsignal zwischen dem Erreichen des ersten

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Maximums und dem Beginn der Analog-Digital-Wandlung eintrifft. In diosem Fall wird die richtige Auswertung des zweiten /Jißnales, nicht aber die Auswertung dee ersten Impulsmaximums vorgenommen. Üaa hat zur Folge, daß die großen Signale vorrangig behandelt werden und eine Verzerrung der tatsächlichen Impulshöhen-Verteilung entsteht. Üblicherweise ist bei Geräten, die dieses Verfahren benutzen, die Verzögerungszeit t-g, einstellbar und damit der jeweils vorliegenden Impulsform anzupassen.

Der lange schleppende Anstieg der Detektorimpulse, wie sie bei der erwähnten Partikel-Volumen-Analyse anfallen, macht jedoch auch bei diesem Verfahren erhebliche Schwierigkeiten. Stellt man die untere Schwelle wieder so ein, daß auch kleine Impulse von kleinen Par/tikeln zur Auswertung kommen können, so rutscht der Zeitpunkt der Überschreitung der unteren Schwelle zeitlich weit nach vorn und bedingt eine . große Verzögerungszeit tp, bei kleinen Impulsen jedoch ist das nicht der Fall. Die Analog-Digital-Wandlung dieser kleinen Impulse würde viel zu spät durchgeführt und die Wahrscheinlichkeit für das zwischenzeitliche Eintreffen eines großen Impulses nicht unbeträchtlich sein. Eine Verzerrung der Impuls-Höhenverteilung wäre die Folge, Eine Steuerung der Verzögerungszeit in Abhängigkeit von der Impulsamplitude

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ist nicht möglich, da man ja zum Zeitpunkt der Schwellüberschreitung noch nicht weiß, ob ein Detektorimpuls von einem großen oder von einem kleinen Partikel folgt.

Beide zuvor beschriebenen Verfahren weisen also bei der Verarbeitung von Impulsen mit einem schleppenden Anstieg erhebliche Mängel auf. Diese Mängel sind bisher nicht zu Tage getreten, weil die Detektorimpulse in der Kernstrahlungespektroskopie keinen schleppenden Anstieg, sondern höchstens einen schleppenden Abfall aufweisen, der bei diesen Verfahren nicht eingeht.

Das Verfahren gemäß den Hauptpmttnt löst die Aufgabe, ein Verfahren für die Impulshöhenbestinunung von Impulsen verschiedener, eine vorgegebene Mindestamplitude überschreitende Amplitude mit Hilfe eines Impulsverlängerers, der die Amplitude des Impulsmaximums zwischenspeichert, und anschließender Analog-Digital-Wandlung anzugeben, das in der Lage ist, bei schleppendem Impulsanstieg ein gegenüber den bekannten Verfahren, verbessertes Meßergebnis zu liefern. Me Lösung dieser -nisehen Handeln im Sinne des Haupspatents dadurch«

Aufgabe erfolgt gemHß der Lehre zum tecb^daß nach Feststellung eines Impulsmaximums der weitere Impulsverlauf über einen vorgegebenen Zeitraum beobachtet wird und daß die Auswertung oder Übergabe des Digitalwertes unterdrückt wird, wenn sich durch weiteres Ansteigen des Impulsverlaufs das registrierte "Maximum" nur als ein rauschbedingtes Zwischenmaximum erweist.

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dem
Das'Verfahren gemäß/Häuptpatent eignet sich an sich auch für die Auflösung steil, ohne schleppenden Anstieg ansteigender Impulse, jedoch ist es bevorzugt zur ImpulshöheribeStimmung von Impulsen stark unterschiedlicher Amplitude, von denen die Impulse hoher Amplitude zumindest im unteren Teilbereich einen schleppenden Anstieg aufweisen, anwendbar. Die Länge der Beobachtungezeit des weiteren Impulsverlaufes nach Feststellung eines Impulsmaximums wird zweckmäßigerweise in der Größenordnung der Dauer zwischen Maximum und Wiedererreichen der Basislinie (Höhe der vorgeßebenen Mindestamplitude) von impulsen großer Amplitude gewählt. Auf diese Weise werden unnötig lange Beobachtungszeiten, die ja die Zählrate beeinflussen, vermieden.

dem

Bei dem Verfahren gemäß/Häuptpat ent wird also zur Beseitigung der Mangel der vorgenannten Verfahren nach dem Zeitpunkt der ersten Schwellüberschreitung festgestellt, ob das betreffende Signal einem großen oder einem kleinen Impuls zuzuordnen ist. Dabei wird die Analog-Digital-Wandlung nach dem Zero-cross-over-Verfahren oder nach dem Trigger-Verfahren mit fester Verzögerung kurz nach der ersten Schwellüberschreitung so durchgeführt, als wenn die Tatsache eines kleinen Impulses - wie er bei der erwähnten Partikel-Volumen-Analyse bei der Registrierung eines kleinen Partikels auftritt - vorlage. "TTetir'ennt" wircLbei' deffi TerraTTren isemSB" '

denTHauptpäteni; '"" zusätzlich festgestellt, ob der

Verlauf des Detektorimpulses nach dem Auftreten eines Triggersignals, das durch einen Zero-cross-over ausgelöst

409823/0565 · ' -t2-

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wurde, über eine längere Zeit hin stetig ansteigt, oder kurz nach dem Überschreiten der Schwelle sein Maximum erreicht und wieder abfällt. Trifft das erstere zu, steigt also der Detektorimpuls weiterhin stetig an, so wird das bereits ermittelte Ergebnis aus der Analog-Digital-Wandlung verworfen und auf das Erscheinen des wirklichen Maximums gewartet. Es lag also im Detektorimpuls nur ein Zwischenmaximum vor, das für die Auswertung unterdrückt wird. Fiel der Detektorimpuls kurz nach der Schwellüberschreitung wieder ab, so handelt es sich um ein kleines Partikel und das ermittelte Ergebnis der Analog-Digital-Wandlung wird ausgewertet.

patent

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem fiauptj sind verschiedene Methoden denkbar. Betrachtet sei zunächst das erwähnte Zero-cross-over-Verfahren. Zur näheren Erklärung wird wieder die Figur 1 herangezogen. Tritt eine fehlerhafte Triggerung durch das Rauschen im Bereich des schleppenden Anstiegs auf, so wird die fehlerhafte Analog-Digital-Wandlung zunächst eingeleitet. Während der Analog-Digital-Wandlung wird der Verlauf des Detektorimpulses mit dem gehaltenen Analogwert, gemäß der Amplitude des Detektorimpulses zum Zeitpunkt des ersten falschen Triggersignals, verglichen. 1st das Detektorsignal zum Ende der Analog-Digital-Wandlung, oder zu einem noch späteren Zeitpunkt, jedoch bevor der Digitalwert übergeben wird, größer als der gehaltene Analogwert, so wird die Übergabe des Digitalwertes unterdrückt, d. h. diese Analyse verworfen. Man kann sich hierzu bevorzugt

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eines üblichen !Comparators bedienen, dem zum einen der in digitaler Form zu wandelnde Analogwert, also der abgetastete Wert, und zum anderen das Impulssignal eingegeben wird. Wenn das Impulssignal den abgetasteten Wert übersteigt, wird die Auswertung oder Übergabe des Digitalwertes unterdrückt.

Man kann auch prüfen, ob zu einer bestimmten Zeit nach dem Auftreten des Triggers die untere Schwelle wieder unterschritten worden ist. Wählt man den zeitlichen Abstand für diese Kontrolle so, daß im Falle einer ordnungsgemäßen Triggering die schnelle Rückflanke des Detektorimpulses die untere Schwelle mit Sicherheit wieder unterschritten hat, so kann das Ergebnis dieser Prüfung über die Übergabe des

im Beispiel nach Fipg. 1-

Digitalwertes entscheiden. Ist. Sf 20/us nach dem Auftreten eines fehlerhaften Triggers die untere Schwelle noch nicht wieder unterschritten, so wird der Digitalwert nicht übergeben. Bei der ordnungsgemäßen Triggerung auf dem Maximum eines Impulses würde der Detektorimpuls die Schwelle in diesem Zeitraum, unabhängig von der Größe des Detektorimpulses, wieder unterschritten haben, so daß die Übergabe des Digitalwertes berechtigt ist. Dieses Verfahren hat außerdem den Vorteil, daß,wenn ein zweiter Detektorimpuls einem vorangegangenen dicht folgt, so daß der schleppende Anstieg des zweiten Impulses die Maximalamplitude des vorangegangenen um einen fehlerhaften Betrag erhöht, die untere Schwelle

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im gezeigten Beispiel z. B. 20/us nach dem richtigen Triggersignal zum Zeitpunkt des Maximums des ersten Detektorimpulses nicht unterschritten worden ist und damit die übergabe des Digitalwertes aus der Analog-Digital-Wandlung des ersten Detektorimpulses verhindert wird.

Das Triggerverfahren mit fester Verzögerung, wie in Figur 2 dargestellt, eignet sich für Detektorimpulse nit schleppendem Anstieg weit weniger. Eine lange Verzögerungszeit t_p bewirkt die Benachteiligung kleiner Detektorimpulse und ist für die Messung der wahren Impulshöhenverteilung unzulässig.

Eine kurze Verzögerungszeit tj, die für kleine Detektorimpulse richtig wäre, würde die großen Detektorimpulse zu einem viel zu frühen Zeitpunkt falsch bewerten· Mit Hilfe des Verfahrens gemäß dem Hauptpatent kann man zwar die Übergabe eines solch falschen Digitalwertes unterdrücken, die Auswertung des eigentlichen Impulsmaximums des großen Detektorimpulses würde jedoch danach nicht mehr erfolgen können. Es sind aber Möglichkeiten denkbar, diesen Nachteil zu beseitigen, indem man z. B. jeweils auf eine Analog-Digital-Wandlung eine weitere Wandlung folgen läßt, bis die Bedingung für den Abfall des Detektorimpulses nach dem Überschreiten des Impulsmaximums erfüllt ist und der Digitalwert übergeben wurde.

Eh sind auch noch andere Trigärverfahren mit mehreren schwellen denkbar. Die Lösung des Problems führt jedoch

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jeweils auf den Grundgedanken, die einmal eingeleitete Analog/Digital-Wandlung durchzuführen« jedoch ihre Auswertung von dem weiteren Verlauf des Detektorimpulses wahrend, oder auch noch "nach der Analog/Digital-Wandlung", abhängig zu machen. Das "nach der Analog/Digital-Wandlung" bezieht sich auf eine Maßnahme, die notwendig sein kann, wenn die Dauer der Analog/Digital-Wandlung zu kurz ist, um den Verlaufs des Detektorimpulses lang genug beobachten zu können. In diesem Fall würde man auch grundsätzlich die Übergabe des Digitalwertes gegenüber dem Zeitpunkt des Abschlusses der Analog/Digital-Wandlung verzögern müssen, damit man in die Übergabe noch eingreifen kann·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, vorteilhafte Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Hauptpatent und gemäß seinen Weiterbildungen anzugeben.

Die Erfindung betrifft somit eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens für die Impulshöhenbestimmung von Impulsen verschiedener, eine vorgegebene Mindestamplitude überschreitender Amplitude nach dem Hauptpatent . ... ··· (P 21 63 722.9), bei dem ein Impulsverlängerer verwendet wird, der die Amplitude des Impulsmaximums zwischenspeichert, bei dem anschließend eine Analog/Digital-Wandlung erfolgt, derart, daß nach Peststellung eines Impulsmaximums der weitere Impulsverlauf über einen vorgegebenen Zeitraum beobachtet wird und daß die Auswertung oder Übergabe des Digitalwertes unterdrückt wird, wenn/ - sich durch weiteres Ansteigen der Impulsamplitude das registrierte Maximum nur als ein störsignalbedingtes Zwischenmaximum erweist. A 0 9 8 2 3 / 0 5 6 5

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Zur Durchführung dieser Verfahrensschritte, die die vorstehende Anordnung ausführt, ist bei der erfindungagemäßen Anordnung vorausgesetzt, daß an die Impulsquelle - ggf. unter Zwischenschaltung eines Verstärkers - ein lineares Tor mit nachfolgendem Impulsverlüngerer angeschlossen ist, der die Maximalamplitude des Impulses für die Dauer einer Analog/Digital -Wandlung speichert, daß für die Analog/Digital-Wandlung an den Impulsverlängerer ein Analog/Digital-Wandler angeschlossen ist, daß weiterhin an die Impulsquelle bzw. deren nachfolgenden Verstärker weiterhin eine Schaltung zur Feststellung des Zeitpunktes des Impulsmaximums und dazu parallel eine Schaltung zur Gewinnung einer einstellbaren unteren Signalechwelle angeschlossen ist, daß weiterhin an die Schaltung zur Peststellung des Zeitpunkt·· des Impulsmaximums eine Torschaltung (Trigger-Tor) angeschlossen 1st, deren Steuereingang an den Ausgang der Schaltung zur Gewinnung einer einstellbaren unteren Signalschwelle angeschlossen ist, daß weiterhin der Ausgang des Trigger-Tores auf den Starteingang des Analog/Digital-Wandlers und den einen Eingang eines bistabilen Flip-Flops geführt ist, daß schließlich der Ausgang des bistabilen Flip-Flops auf den Steuereingang des linearen Tores geführt ist und daß letztlich der Ausgang für die Fertigmeldung des Analog/Digital-Wandler β auf den Steuereingang des ImpulsverlKngerers und

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auf den anderen Eingang dea bistabilen Flip-Flops geführt let.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Diskriminator zur Feststellung des ImpulsVerlaufs nach Erreichen eines Impulsmaximums vorgesehen ist, der drei Eingänge und einen Ausgang besitzt, wobei der erste Eingang mit dem Ausgang des Impulsverlängerers, der zweite Eingang mit dem Ausgang des Trigger-Tores und der dritte Eingang mit dem Ausgang der Impulsquelle bzw· des zwischengeschalteten Verstärkers verbunden ist, daß zwischen den Ausgang des Analog/Digital-Wandlers und den Eingang eines Digitalspeichers ein digitales Tor zwischengeschaltet ist, dessen Steuereingang mit dem Ausgang des Diskriminators verbunden ist«

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung und den Unteransprüchen entnehmbar und werden anhand der Pig« 3 bis 8 näher beschrieben.

Bei der Anordnung nach Fig. 3 wird das Ausgangesignal der impulsquelle 20 nach Verstärkung im linearen Verstärker 21 zunächst dem linearen Tor 22 zugeführt. Das lineare Tor sei zunächst geöffnet, so daß das Ausgangssignal dee Verstärkers 21 das Tor passieren kann und auf den Eingang des Impulsver-

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- ιβ. UL 7a/i8a

längere» 23 gelangen kann· Der Impulsverlängerer 23 speichert die Maximalamplitude dee Eingangsimpulses gemäß Fig. 1 Signal (4)_t gemäß der stark ausgezogenen Linie· Da« Ausgangssignal des linearen Verstärkers 21 wird parallel einer Schaltung 24 zur Peststellung des Zeitpunktes des Impulsmaximums und einer Schaltung 25 zur Gewinnung einer unteren Signalschwelle zugeführt. Gemäß Pig. 4 erfolgt in der Schaltung 24 eine Differentiation des Eingangssignals in der Schaltung 26, so daß der Nulldurchgang des differenzierten Signals gemäß Fig. 1 Signal (7) zum Zeitpunkt des Maximums des verstärkten Ausgangssignals des Verstärkers 21 auftritt· Der Ausgang der Differenzierschaltung 26 wird dem begrenzenden Verstärker

27 zugeführt, so daß an dessen Ausgang ein Signal gemäß Fig· I (8) entsteht. Dieses Signal wird in der Differenzierschaltung

28 und anschließender Gleichrichtung in der Schaltung 29 diffe« renziert und der positive Signalanteil abgeschnitten« so daß am Ausgang der Gleichrichterschaltung 29 das Signal gemäß Fig. 1 (3) gebildet wird. Dieses Signal wird dem sogenannten Triggertor 30 gemäß Fig· 3 zugeführt. Der Steuereingang dieses Triggertors wird von dem Ausgangesignal der Schaltung zur Gewinnung der unteren Signalschwelle 25 betrieben· Dieser Steuereingang wird nur dann geöffnet, wenn das Signal am Eingang der Schwellschaltung 25 die einstellbare Sehwelle dieser Schaltung 25 überschritten hat. Die Dauer der Öffnung

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des Triggertors ist in Fig. 1 bei der Darstellung des Signals 3 durch begrenzende Linien eingefügt. Das Ausgangssignal des Triggertors 30 steuert zunächst einen bistabilen

gcmäfi Fig. 1 (5) Flip-Flop 31 &n, dessen Ausgangssignal das lineare Tor 22 /

schließt. Hierdurch -wird verhindert, daß während der sich

nun anschließenden Verarbeitung des "Äüsgangssignals des linearen 21 ^v · : - .—

"Vözxärkers/ nachfolgende Signale die Auswertung beeinflussen körmen. Gleichzeitig wird mit dem Ausgangssignal des Triggertors 30 dem Starteingang des Analog/Digital-Wandlers 32 zugeführt, der daraufhin mit der Analog/Digital-Wandlung des Ausgangesignals des Impulsverlängerers 23 beginnt» Das Verfahren der Analog/Digital-Wandlung ist hierbei ohne Interesse. Es können binäre Wägeverfahren (successive approximation) das Wilkinson-Verfahren (linear ramp.procedure) sowie andere bekannte Verfahren der Analog/Digital-Wandlung eingesetzt werden. Solche Analog/Digital-Wandler geben nach beendigter Analog/Digital-Wandlung ein Fertigsignal ab (ready corraand), das gemäß Fig. 3 zur Rückstellung des bistabilen Flip-Flops und zur Entladung des Impulsverlängerers 23 verwendet wird. Das zuvor beschriebene Verfahren der ImpulsVerlängerung ist Stand der Technik (sample and hold).

Die erfindungsgemäße Ausführung besteht gemäß Fig. 3 in einem

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409823/0585 ~ ' ^Q ^Λ

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Zusatz zu der beschriebenen Schaltung. Während üblicherweise das Ausgangssignal des Analog/Digital-Vandlers in Form eines digitalen Wortes direkt einem digitalen Speicher zugeführt wird, befindet sich gemäß Fig. 3 in dieser Leitung ein digitales Tor 33» das abhängig von dem Zustand des Steuereingangs die Übergabe dieses digitalen Wortes an den digitalen Speicher Jk gestattet oder verhindert. Die Bedingung für diesen Steuereingang zum digitalen Tor 33 wird aus dem "Diskriminator zur Feststellung des Impulsverlaufe nach Erreichen eines Impulsmaximums" 35 gewonnen. Dieser Diskriminator 35 bildet des Signal für diesen Steuereingang nach Verknüpfung der Signale aus dem Ausgang des Impulsverlängerers 23t aus dem Ausgang des Triggertore 30 und aus dem Ausgang des linearen Verstärkers 21. Die Ausführung des Diskriminators 35 kann auf zwei verschiedenen Wegen erfolgen.

Fig. 5 zeigt das Blockschaltbild der Ausführung gemäß Uhter-

anspruch k. Ein Komparator 36 vergleicht das Signal am Aus-

-ssignal

gang des Impulsverlängerers (4) mit dem Ausgang/ des linearen Verstärkers 21 (1). Der Ausgang dieses Komparator« 36 wird einem begrenzenden Verstärker 37 zugeführt, so daß ein Auegangssignal gemäß Fig. 6 (12) entsteht. Wurde ein fehlerhafter Trig· ger auf dem schleppenden Anstieg des Eingangssignalβ durch Rauschen gemäß Fig. 1 (l) und (3) erzeugt, so wird das linear·

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- ai -

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Tor 22 sofort geschlossen und der Amplitudenwert zum Zeitpunkt dieses fehlerhaften Triggersignals im Impulsverlange» rer 23 gespeichert.

Fig. 6 zeigt im Impulsplan (l) den Verlauf dieses gespeicherten Amplitudenwertes gestrichelt an. Der Verlauf am Ausgang des linearen Verstärkers 21 ist durchgezogen gezeichnet. Zum Zeitpunkt des Impulsmaximums des einem großen Partikel entsprechenden Impulses tritt der echte Triggerimpuls gemäß Fig. 6 (3) auf, ebenso wie beim Impulsmaximum eines kleineren Impulses entsprechend einem kleinen Partikel. Es ist nun charakteristisch, daß dasi Ausgangssignal des Eomparators j6 - nachdem anschließend eine Begrenzung und Verstärkung erfolgte -nach einem fehlerhaften Triggerimpuls gemäß Fig. 6 (12) positiv, jedoch nach einem richtigen Triggerimpuls negativ ist. Diese Tatsache wird für die Verhinderung der Übergabe des digitalen Wortes des Analog/Digital-Wandlers 32 an den digitalen Speicher 3^ im digitalen Tor 33 ausgenutzt. Hierzu wird ein monostabiler Flip-Flop 38 mit der Impulsdauer T₁ vom Ausgangssignal des Triggertors 30 angesteuert. Die Ruckflanke des Ausgangsimpulses dieses monostabilen Flip-Flops gemäß Fig. 6 (10) wird in der Differenzierschaltung 39 zu einem Steuersignal kurzer Dauer aufgearbeitet, dessen Verlauf Fig. 6 (11) zeigt. Die einstellbare Impulsdauer T₁ des

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monostabilen. Flip-Plops 38 wird hierbei so gewählt, daß T₁ kleiner als die Zeit zwischen dem fehlerhaften Trigger· Zeitpunkt und dem Erreichen des wahren Impulsmaximums ist. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 39 wird nun über ein Tor kO einem bistabilen Flip-Flop kl zugeführt. Da das Tor kO nur bei einer positiven Komparatorentscheidung gemäß Fig. 6 (12) geöffnet ist, kann das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 39 den bistabilen Flip-Flop kl nur dann setzen, wenn der monostabile Flip-Flop 38 durch einen fehlerhaften Triggerimpuls mit schleppendem Anstieg des Signals am Eingang des linearen Tores 22 angesteuert wurde. Den Ausgang des Tors 40 zeigt Fig. 6 (13). Der bistabile Flip-Flop kl wird grundsätzlich bei Eintreffen eines Triggerimpulses am Ausgang des Triggertors 30 in diejenige Lage gesetzt, bei der die Übertragung des digitalen Wortes vom Analog/Digital-Wandler 32 über das digitale Tor 33 auf den digitalen Speicher 3k gestattet wird. Deshalb ist der Ausgang des bistabilen Flip-Flops kl mit dem Steuereingang des digitalen Tors 33 verbunden. Kann nun das Signal gemäß Fig. (13) den bistabilen Flip-Flop kl zurückstellen, so ist das digitale Tor 33 nach Ablauf der Analog/Digital-Vandlung und der sich daran anschließenden Übertragung des digitalen Wortes an den digitalen Speicher Jk geschlossen, so daß keine

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Auswertung der fehlerhaften Bewertung auf dem schleppenden Anstieg des Signals der Impulsquelle 20 erfolgt. Durch den richtigen Triggerimpuls zum Zeitpunkt des Impulsmaximums eines großen Impulses von einem großen Partikel und eines kleinen Impulses von einem kleinen Partikel wird der bistabile Flip-Flop 4l so gesetzt, daß das digitale Tor 33 geöffnet ist. Das Zurücksetzen des bistabilen Flip-Flops 4l erfolgt nicht, da das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 39 entsprechend dem Zustand des Steuereingangs des Tores 40 gemäß Fig. 6 (12) dieses Tor 40 nicht passieren kann.

Die zweite Ausführung des Diskriminators 35 gemäß Fig. 3 nach Unteranspruch 5 ergibt sich aus Fig. 7· Eine Schaltung 42 zur Gewinnung einer Schwelle für einen Mindestpegel stellt eine übliche einstellbare Amplitudenschwelle dar, deren Eingang mit dem Ausgang des linearen Verstärkers 21 verbunden ist. .

Fig. 8 (i) zeigt die Lage dieses Mindestpegels gestrichelt und Fig. 8 (l4) das Ausgangssignal dieser Schwelle 42. Dieses Ausgangssignal wird an den Steuereingang des Tores gegeben. Ein monostabiler Flip-Flop 44 mit der Impulsdauer T„ ist an den Ausgang des Triggertores 30 angeschlossen, dessen Signal Fig. 8 (3) zeigt. Das Ausgangssignal des monostabilen Flip-Flops 44 zeigt Fig. 8 (15). '

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Die Differenzierstufe 45 zeigt aus der Rückflanke des Auegangssignale des monostabilen Flip-Flops 44 ein kurzes Steuersignal gemäß Fig. 8 (l6). Die Torbedingung für das Tor 43 ist nun so gewählt, daß das Ausgangssignal der Differenzierstufe 45 das Tor nur dann passieren kann, wenn die Schwellschaltung 42 die Überschreitung des Mindestpegels durch das Signal der Impulsquelle 20 bzw. des verstärkten Signals am Ausgang des linearen Verstärkers 21 anzeigt. Ist die Impulsdauer T₀ des monostabilen Flip-Flops44 so gewählt, daß sie einerseits kleiner ist als die Zeitspanne zwischen dem .Auftreten des fehlerhaften Triggerimpulses und dem Maximum des großen Impulses, andererseits jedoch größer als die Zeitspanne zwischen dem Maximum des großen Impulses und dem Zeitpunkt der Unterschreitung der Rückflanke des großen Impulses unter die Höhe des Mindestpegels, so wird der Ausgangsimpuls der Differenzierstufe 45 das Tor 43 nur dann passieren können, wenn zuvor eine fehlerhafte Triggerung vorlag. Fig. 8 zeigt das Auftreten der Ausgangssignale (l6) der Differenzierstufe 45 und die zeitliche Zuordnung des Signals der Schwelle 42 bei korrekt eingestellter Impulsdauer T„. Fig. 8 zeigt das Ausgangesignal 17 des Tores 43, das nun einen bistabilen Flip-Flop setzt. Das Ausgangssignal des bistabilen Flip-Flops 46 schließt das digitale Tor 33 ^un<* verhindert damit die Übertragung des digitalen Wortes vom Analog/Digital-Wandler 32 auf den digi-

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talen Speicher 34, Beim Übertragen eines neuerlichen Triggerimpulses aus dem Triggertor 30 wird der bistabile Flip-Flop k6 wieder zurückgesetzt und damit das digitale Tor 33 wieder geöffnet .

Besonders vorteilhaft ist der Erfindungsgegenstand bei der Partikel-Volumen-Analyse benutzbar, vorzugsweise bei der Analyse solcher Voluraenverteilungen, bei denen große Partikel und kleine gleichzeitig untersucht werden sollen· Diese Aufgabenstellung liegt insbesondere bei der Analyse der Größenverteilung von Erythrozyten (red cells) und Thrombozyten (platelets) im Vollblut (wholeblood) vor.

Bei der Anordnung gemäß Fig* 3 findet als Impulsquelle zweckmäßigerweise eine Vorrichtung zum Klassieren von in einer Untersuchungsflüssigkeit suspendierten Partikeln gemäß der DAS 1 8O6 512 Verwendung.

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Claims

( 1.) Anordnung zur Durchführung des Verfahrens für die Impulehöhenbestlmraung von Impulsen verschiedener, eine vorgegebene Mindestamplitude überschreitender Amplitude nach

den Hauptpatent (P 21 63 722.9), bei dem

ein Impulsverlängerer verwendet wird, der die Amplitude des Impulsmaximums zwischenspeicher!, bei dem anschließend eine Analog/Digital-Wandlung erfolgt, derart, daß nach Feststellung eines Impulsmaxiraums der weitere Impulsverlauf über einen vorgegebenen Zeitraum beobachtet wird und daß die Auswertung oder Übergabe des Digitalwertes unterdrückt wird, wenn sich durch weiteres Ansteigen der Impulsamplitude das registrierte Maximum nur als ein störsignalbedingtes Zwisehenmaximum erweist, wozu an die Impulsquelle - ggf. unter Zwischenschaltung eines Verstärkers - ein lineares Tor mit nachfolgendem Impulsverlängerer angeschlossen ist, der die Maximalamplitude des Impulses für die Dauer einer Analog/Digital-Wandlung speichert, wozu für die Analog/Digital-Wandlung an den Impulsverlängerer ein Analog/Digital-Wandler angeschlossen ist, wozu weiterhin an die Impulsquelle bmw. deren nachfolgenden Verstärker weiterhin eine Schaltung zur Peststellung des Zeitpunktes des Impulsmaximums und dazu

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parallel eine Schaltung zur Gewinnung einer einstellbaren unteren Signalschwelle angeschlossen ist, wozu weiterhin an die Schaltung zur Feststellung des Zeitpunktes des Impulsmaximums eine Torschaltung (Trigger-Tor) angeschlossen ist, deren Steuereingang an den Ausgang der Schaltung zur Gewinnung einer einstellbaren unteren Signalschwelle angeschlossen ist, wozu weiterhin der Ausgang des Trigger-Tores auf den Starteingang des Analog/Digital-Wandlere und den einen Eingang eines bistabilen Flip-Flops geführt ist, wozu schließlich der Ausgang des bistabilen Flip-Flops auf den Steuereingang des linearen Tores geführt ist und wozu letztlich der Ausgang für die Fertigmeldung des Analog/Digital-Wandlers auf den Steuereingang des Impulsverlangerers und auf den anderen Eingang des bistabilen Flip-Flops geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Diskriminator zur Feststellung des Impulsverlaufβ nach Erreichen eines Impulsmaximums vorgesehen ist, der drei Eingänge und einen Ausgang besitzt, wobei der erste Eingang mit dem Ausgang des Impulsverlängerers, der zweite Eingang mit dem Ausgang des Trigger-

dem Tores und der dritte Eingang mit/Ausgang der Impulsquelle bzw. des zwischengeschalteten Verstärkers verbunden ist, daß zwischen den Ausgang des Analog/Digital-Wandlers und den Eingang eines Digitalspeichers ein digitales Tor zwischengeschaltet ist, dessen Steuereingang mit dem Ausgang des Diskriminators verbunden ist.

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2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der der in digitale Form zu wandelnde Analogwert einem Komparator eingegeben wird, dessen zweitem Eingang das Impulssignal eingegeben wird und der die Auswertung oder Übergabe des Digitalwertes unterdrückt, wenn die Impulsspannung die zu wandelnde Spannung übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Diskriminator einen Komparator mit zwei Eingängen enthält, dessen einer Eingang mit dem Ausgang der Impulsquelle bzw. dem Ausgang des nachgeschalteten Verstärkers und dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Impuleverlängerers verbunden sind und der am Ausgang die Differenz der beiden ihm zugeführten Signale liefert, daß an den Ausgang des Komparators ein begrenzender Verstärker angeschlossen ist, daß der Ausgang des begrenzenden Verstärkers dem Steuereingang eines weiteren Tores zugeführt ist, daß nach Maßgabe des Vorzeichens der Differenz der beiden Eingangssignale des Komparators geöffnet oder geschlossen wird, daß der Eingang eines monostabilen Flip-Flops mit der Impulsdauer T. mit dem Ausgang des Trigger-Tores verbunden ist, daß eine Differenzierschaltung zur Differentiation der Rückflanke des Auegangssignals des monostabilen Flip-Flops vorgesehen ist, daß der Ausgang der Differenzierschaltung über das weitere Tor dem Eingang eines bistabilen Flip-Flops zugeführt ist, daß der Rückstelleingang des bistabilen Flip-Flops an den Ausgang

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des Trigger-Tores angeschlossen ist und daß der Ausgang dieses bistabilen Flip-Flops mit dem Steuereingang des digitalen Tores verbunden ist (Fig. 5).
3. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Beobachtung der Impulsspannung nach Feststellung eines Impulsmaximums in der Weise durchgeführt wird, daß überprüft wird, ob die Impulsspannung innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums einen vorbestimmten Mindestpegel wieder unterschritten hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Diskriminator eine Schaltung zur Gewinnung einer Schwelle für den Mindestpegel' mit einer Einrichtung zum Verstellen dieses Mindestpegels enthält, daß der Eingang dieser Schaltung am Ausgang der Impulsquelle bzw. dem Ausgang des nachgeschalteten Verstärkers liegt, daß der Ausgang dieser Schaltung mit dem Steuereingang eines weiteres Tores verbunden ist, daß der Eingang eines monostabilen Flip-Flops mit der Impulsdauer T_ an den Ausgang des Trigger-Tores angeschlossen ist, daß eine Differenz!erstufe zur Differentiation der Rückflanke des momostabilen Flip-Flops an den Ausgang dieses monostabilen Flip-Flops angeschlossen ist, daß der Ausgang dieser Differenzierstufe dem weiteren Tor zugeführt ist, daß der Aus-

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gang dieses Tores mit/nein Eingang eines bistabilen Flip-Flops verbunden ist, daß der Ausgang dieses Flip-Flops mit dem Steuereingang des digitalen Tores verbunden ist und dttß

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der Ruckstelleingang des bistabilen Flip-Flops an den Ausgang des Trigger-Tores angeschlossen ist (Fig. 7)·

k. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ihre Verwendung bei der Partikel-Volumen-Analyse, beispielsweise in Verbindung mit einer die Impulsquelle darstellenden Vorrichtung gemäß der deutschen Auslegeschrift 1 8o6 512 zum Klassieren von in einer Untersuchungsflüssigkeit suspendierten Partikeln.

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