DE2303331A1

DE2303331A1 - DEVICE FOR THE CONVERSION OF A LINEAR SIGNAL OR A RATIO OF LINEAR SIGNALS INTO A LOGARITHMIC SIGNAL

Info

Publication number: DE2303331A1
Application number: DE2303331A
Authority: DE
Inventors: Tito Suva
Original assignee: Micromedic Systems Inc
Current assignee: Micromedic Systems Inc
Priority date: 1972-01-19
Filing date: 1973-01-19
Publication date: 1973-07-26
Also published as: NL7300733A; IT977624B; JPS4882896A; FR2174553A5

Description

Micromedic Systems, Inc.,
Philadelphia, Pa. (V.St.A.)Micromedic Systems, Inc.,
Philadelphia, Pa. (V.St.A.)

Vorrichtung zur Umwandlung eines linearen Signals oder eines Verhältnisses linearer Signale zueinander in ein logarithmisches SignalDevice for converting a linear signal or a ratio of linear signals to one another into a logarithmic signal

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung eines linearen Signals oder eines Verhältnisses linearer Signale zueinander in ein logarithmisches Signal. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Zeitdauersignals, das dem Logarithmus eines Wertes oder eines Verhältnisses von Werten proportional ist,durch Vergleich zweier Signale mit einem exponentiell mit der Zeit veränderlichen Signal. Das Zeitdauersignal ist hinsichtlich seiner Dauer gleich dem Zeitunterschied zwischen dem Zeitpunkt, in dem eines dieser beiden Signale gleich dem exponentiellen Signal ist und dem Zeitpunkt, in dem das andere Signal gleich dem exponentiellen Signal ist.The invention relates to a device for converting a linear signal or a ratio of linear signals to each other into a logarithmic signal. In particular, the invention relates to an apparatus for producing a Duration signal proportional to the logarithm of a value or a ratio of values by comparison two signals with one signal that varies exponentially over time. The duration signal is in terms of its Duration equal to the time difference between the point in time at which one of these two signals equals the exponential Signal and the time at which the other signal is equal to the exponential signal.

Die Erfindung läßt sich in verschiedenen Geräten und Systemen verwenden, bei denen es notwendig oder wünschenswert ist, ein Signal zu erzeugen, das proportional dem Logarithmus einer Zahl oder dem Logarithmus des Verhältnisses von zwei Zahlen ist. Die Erfindung ist jedoch besonders nützlich in VerbindungThe invention can be used in various devices and systems where it is necessary or desirable to generate a signal proportional to the logarithm of a Number or the logarithm of the ratio of two numbers. However, the invention is particularly useful in conjunction

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mit Spektrophotometern. Das Arbeiten von Spektrophotometern beruht auf der Eigenschaft farbiger Lösungen, Licht zu absorbieren. Der Absorptionsbetrag bei einer gegebenen Lichtwellenlänge folgt, wie sich nachweisen läßt, dem Bouguer-Beer-Lambert-Gesetz und gilt für die meisten Substanzen. Das Verhältnis der Intensität eines Lichtstrahls, der in die Lösung eintritt, zu der Intensität des aus der Lösung austretenden Lichtstrahls wird Übertragung genannt. Das Bouguer-Beer-Lambert-Gesetz stellt fest, daß die Übertragung einer Flüssigkeit gleich einer negativen Potenz von 10 ist. Die negative Potenz wird Auslöschung, Absorbenz oder optische Dichte der Flüssigkeit genannt j sie enthält als einen Faktor die Konzentration des Farbstoffs in der Lösung. Es ist deshalb möglich, bei Kenntnis des Intensitätsverhältnisses die Konzentration des Farbstoffs in der Lösung zu berechnen. Die Konzentration des Farbstoffs in der Lösung für eine festgelegte Lichtweglänge durch die Lösung ist proportional dem Logarithmus des Verhältnisses der Intensität des in die Lösung eintretenden Lichtstrahls £u . seiner Intensität beim Austritt aus der Lösung. with spectrophotometers. The working of spectrophotometers is based on the property of colored solutions to absorb light. The amount of absorption at a given wavelength of light follows, as can be demonstrated, the Bouguer-Beer-Lambert law and applies to most substances. The ratio of the intensity of a ray of light going into solution occurs, to the intensity of the light beam emerging from the solution is called transmission. The Bouguer-Beer-Lambert law states that the transfer of a fluid is equal to a negative power of ten. The negative Potency is called extinction, absorption or optical density of the liquid j it contains concentration as a factor of the dye in the solution. It is therefore possible, with knowledge of the intensity ratio, to determine the concentration of the dye in the solution. The concentration of the dye in the solution for a specified length of light path through the solution is proportional to the logarithm of the ratio of the intensity of that entering the solution Light beam £ u. its intensity when it emerges from the solution.

Bisher hat man Dioden-Widerstands-Schaltungen für eine Geraden-Annäherung an eine logarithmische Charakteristik verwendet. Zur Erreichung einer annehmbaren Genauigkeit bedarf dieses System jedoch der Verwendung einer sehr großen Anzahl ausgewählter Bauteile mit entsprechend hohen Kosten. Es wurden auch Transistor systeme verwendet, die die logarithmische Beziehung zwischen dem Kollektorstrom und der Emitter-Basis-Spannung eines Transistors ausnutzen. Diese Systeme verwenden einen Transistor in der Rückkopplungsschleife eines Operationsverstärkers, um einen linear/logarithmisch-Umwandler zu erstellen. Jedoch haben diese Systeme ein beträchtliches Temperaturempfindlichkeitsproblem. Um annehmbare Ergebnisse zu erzielen, ist es notwendig, die Transistoren thermisch zu stabilisieren. Thermische Stabilisierungsschaltungen für TransistorenSo far, diode-resistor circuits have been used for a straight line approximation used to a logarithmic characteristic. This is necessary in order to achieve an acceptable level of accuracy System, however, the use of a very large number of selected Components with correspondingly high costs. There have also been used transistor systems that have the logarithmic relationship between the collector current and the emitter-base voltage of a transistor. Use these systems a transistor in the feedback loop of an operational amplifier to create a linear to logarithmic converter. However, these systems have a significant temperature sensitivity problem. In order to achieve acceptable results it is necessary to thermally stabilize the transistors. Thermal stabilization circuits for transistors

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werden kompliziert und führen zu erhöhten Herstellungskosten.become complicated and lead to increased manufacturing costs.

Jedoch ist bei beiden vorerwähnten Verfahren zur Erzeugung eines logarithmischen aus einem linearen Signal der Ausgang ein elektrisches Signal, dessen Amplitude den Logarithmus des Eingangssignals wiedergibt. Dieses Signal muß durch einen Analog/Digital-Umformer in digitale Form gebracht werden. Ferner müssen, wenn der Logarithmus des Verhältnisses zweier Signale gesucht wird, zwei getrennte Umwandlungen der beiden Eingangssignale durchgeführt werden, und ihre Differenz ist in analoger Form zu ermitteln, bevor die Analog-Digital-Ümformung stattfindet.However, in both of the aforementioned methods of production a logarithmic from a linear signal the output is an electrical signal, the amplitude of which is the logarithm of the input signal. This signal must be converted into digital form by an analog / digital converter. Furthermore, when looking for the logarithm of the ratio of two signals, two separate conversions of the two must be made Input signals are carried out, and their difference is to be determined in analog form before the analog-digital conversion takes place.

Die Erfindung löst die Aufgabe, eine Einrichtung anzugeben, durch die die Linear-Analog-in-Logarithmus-Digital-Umwandlung sich durch Verminderung der Anzahl der benötigten Bauteile beträchtlich vereinfachen läßt. Ferner soll die Genauigkeit der Umwandlung durch Verwendung nicht temperaturempfindlicher Vorrichtungen erhöht und die direkte Umwandlung von zwei Eingangssignalen in ein Signal ermöglicht werden, das proportional dem Logarithmus des Verhältnisses der zwei Signale ist.The invention solves the problem of specifying a device by means of which the linear-analog-to-logarithm-digital conversion can be simplified considerably by reducing the number of components required. Furthermore, the accuracy of the Conversion through the use of non-temperature sensitive devices increased and enables the direct conversion of two input signals into one signal that is proportional is the logarithm of the ratio of the two signals.

Gemäß der Erfindung wird zur Lösung dieser Aufgabe ein Zeitdauer-Signal, das proportional dem Logarithmus eines Zahlenwertes oder des Verhältnisses von Zahlenwerten ist, durch Feststellen der Zeitdifferenz erzeugt, die zwischen den Zeitpunkten besteht, in denen das eine und das andere der beiden Signale gleich einem Signal ist, das sich exponentiell mit der Zeit verändert. Das sich exponentiell mit der Zeit ändernde Signal kann entweder ein positives, zu Null abnehmendes oder ein negatives, zu Null zunehmendes Signal sein. Ein exponentiell abnehmendes Signal kann durch Verwendung der an den Klemmen eines sich über einen Widerstand entladenden, geladenen Kondensators auftretenden Spannung erzeugt werden. Im Verlauf der an-According to the invention, a duration signal is used to solve this problem, which is proportional to the logarithm of a numerical value or the ratio of numerical values through Establishing the time difference created between the times at which one and the other of the two Signals is equal to a signal that changes exponentially over time. That which changes exponentially over time Signal can be either a positive signal that decreases towards zero or a negative signal that increases towards zero. One exponential A decreasing signal can be achieved by using the charged capacitor at the terminals of a discharging resistor through a resistor occurring voltage are generated. In the course of the other

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schließenden Beschreibung wird man sich auf den Fall beschränken, in dem das exponentielle Signal ein positives und abnehmendes ist und die beiden Eingangssignale positiv sind. Der Zeitpunkt, zu dem Jedes dieser beiden Signale gleich dem exponentiellen Signal ist, läßt sich durch einen Komparator oder einen anderen geeigneten Detektor feststellen. Die Ausgänge des !Comparators können einem exklusiven ODER-Tor zugeführt werden, das ein Zeitdauer-Signal erzeugt, dessen Dauer gleich der Zeit ist, die das exponentielle Signal braucht, um von dem höheren auf das niedrigere Signal überzugehen. Das Zeitdauer-Signal kann zum Einblenden von Impulsen konstanter Größe zur Bildung eines Digitalsignals in Form einer Impulsfolge mit einer Impulszahl benutzt werden, die proportional dem Logarithmus des Zahlenwerts oder des Verhältnisses der Zahlenwerte ist. Die Impulse können von einem Digitalzähler gezählt werden, um die Anzeige einer Zahl zu bewirken, die proportional dem gesuchten Logarithmus ist.The final description will be limited to the case in which the exponential signal is a positive and a decreasing one and the two input signals are positive are. The point in time at which each of these two signals is equal to the exponential signal can be determined by a comparator or another suitable detector. The outputs of the! Comparator can be fed to an exclusive OR gate which generates a duration signal whose duration is equal to the time it takes for the exponential signal, to go from the higher to the lower signal. The duration signal can be used to fade in pulses more constant Size used to form a digital signal in the form of a pulse train with a number of pulses that is proportional is the logarithm of the numerical value or the ratio of the numerical values. The pulses can come from a digital counter can be counted to cause the display of a number proportional to the logarithm sought.

Zur Erläuterung der Erfindung sind in der Zeichnung bevorzugte, hinsichtlich der genauen Anordnung und der verwendeten Bauteile nicht beschränkend zu verstehende Ausführungsformen der Schaltungen veranschaulicht. Es zeigen:To explain the invention, preferred in terms of the precise arrangement and the used are shown in the drawing Components illustrated in a manner that is not to be understood as limiting embodiments of the circuits. Show it:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Spektrometers, das die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält;Fig. 1 is a schematic block diagram of a spectrometer, which contains the device according to the invention;

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung; und2 shows a schematic block diagram of a device according to the invention; and

Fig. 3 ein Diagramm gewisser Wellenformen, die beim praktischen Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung auftreten. Fig. 3 is a diagram of certain waveforms which occur in the practical operation of the device according to the invention.

Unter Bezugnahme auf die Einzelheiten der Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelemente bezeichnen, ist zuReferring to the details of the drawing, in which like reference numerals designate like components, is to

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bemerken, daß Fig. 1 ein Spektrophotometer darstellt, das die Vorrichtlang nach der Erfindung enthält. Es sind eine Lichtquelle 10 und ein Photodetektor 12 vom Photoelektronenvervielfacher-Typ dargestellt. Eine Cuvette 14, die eine Bezugsflüssigkeit (in den meisten Fällen eine Blindprobe) enthält, und eine Cuvette 16, die eine Probe enthält, sind in einem Cuvettenhalter 18 angebracht. Dieser wird in Richtung des zweispitzigen Pfeils 20 durch einen Motor 22 über eine Antriebsanordnung 24 bewegt. Andererseits können die Cuvetten ortsfest bleiben, während der Lichtstrahl wechselweise durch jede von ihnen hindurchgeschickt wird, z.B. mittels bewegter Spiegel oder Prismen. Ein einen Magneten 28 enthaltendes Teil 26 wird ebenfalls durch den Motor 22 angetrieben. Der Umlauf des Magneten 28 wird durch magnetische Pick-up-Spulen 30 und 32 abgefühlt. Ihre Ausgänge werden mittels eines Verstärkers 34 verstärkt und einem Synchron-Demodulator 36 zugeführt.note that Figure 1 illustrates a spectrophotometer incorporating the apparatus of the invention. It's a source of light 10 and a photo-electron multiplier type photodetector 12 shown. A cuvette 14 containing a reference liquid (in most cases a blank), and a cuvette 16 containing a sample are mounted in a cuvette holder 18. This is in the direction of the two-headed arrow 20 by a motor 22 via a drive assembly 24 moves. On the other hand, the cuvettes can remain stationary while the light beam alternately passes through each of them is sent through, e.g. by means of moving mirrors or prisms. A part containing a magnet 28 26 is also driven by motor 22. The circulation of the magnet 28 is through magnetic pick-up reels 30 and 32 sensed. Their outputs are amplified by means of an amplifier 34 and fed to a synchronous demodulator 36.

Der Ausgang des Photodetektors 12 verändert sich in Auswirkung der optischen Dichte der Lösung oder des Fluids, die bzw. das in der Cuvette 14 sich befindet, die eine Blind-Lösung oder ein Blind-Fluid enthält, und in der Cuvette 16, die eine zu untersuchende Proben-Lösung oder ein ebensolches Proben-Fluid enthält. Der Ausgang des Photodetektors 12 wird durch den Verstärker 38 verstärkt und dem Synchron-Demodulator 36 zugeführt. Dieser verbindet in Auswirkung eines verstärkten Impulsausgangs aus dem Verstärker 34 wechselweise den Ausgang des Verstärkers 38 mit dem Kondensator 40 oder 42 über Schalter 44 bzw. 46. Obwohl die Schalter 44 und 46 als mechanische, einpolige Einhebel-Schalter dargestellt sind, können diese Schalter selbstverständlich auch elektromechanische Relais, elektronische Schalter oder andere geeignete Schaltvorrichtungen sein, die in Auswirkung eines Impuls-Signals arbeiten.The output of the photodetector 12 varies as a function of the optical density of the solution or fluid that or which is located in the cuvette 14, which contains a blank solution or a blank fluid, and in the cuvette 16, which contains a sample solution to be examined or a sample fluid of the same type. The output of the photodetector 12 becomes amplified by the amplifier 38 and fed to the synchronous demodulator 36. This connects in effect of a reinforced Pulse output from the amplifier 34 alternately the output of the amplifier 38 with the capacitor 40 or 42 via switches 44 and 46, respectively. Although switches 44 and 46 are shown as mechanical, single-pole switches, These switches can of course also be electromechanical relays, electronic switches or other suitable ones Be switching devices that work in response to a pulse signal.

Die Kondensatoren 40 und 42 sind Halte-Kondensatoren, d.h.The capacitors 40 and 42 are hold capacitors, i.

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jeder von ihnen hält ein Signal-Niveau, das proportional dem durch die mit ihm über den zugehörigen Schalter 44 oder 46 synchronisierte Cuvette übertragenen Licht ist. Die Spannungen an den Kondensatoren 40 und 42 werden einem steuerbaren Hochspannungsgenerator 48 zugeführt. Dieser liefert eine gesteuerte Hochspannung an die Photoelektronenvervielfacher-Anoden des Photodetektors 12, um die Spannungsniveaus an den Kondensatoren 40 und 42 innerhalb eines gewünschten Bereichs zu halten. Das bedeutet, daß, wenn die Signal-Niveaus an den Kondensatoren 40 und 42 unter ein Minimal-Niveau fallen, wird die Ausgangsspannung des Hochspannungsgenerators 48 dadurch verringert und damit das Spannungsniveau des Ausgangs des Photodetektors 12.Each of them maintains a signal level that is proportional to that given by the associated switch 44 or 46 synchronized cuvette is transmitted light. The voltages on capacitors 40 and 42 become a controllable one High voltage generator 48 supplied. This supplies a controlled high voltage to the photoelectron multiplier anodes of photodetector 12 to keep the voltage levels on capacitors 40 and 42 within a desired range to keep. This means that when the signal levels on capacitors 40 and 42 fall below a minimum level, the output voltage of the high voltage generator 48 is thereby reduced and thus the voltage level of the output of the photodetector 12.

Das Spannungsniveau an den Kondensatoren 40 und 42 wird dem Komparator oder Detektor 50 bzw. 52 zugeführt. Ein Zeitgeber 54 löst jeden logarithmischen Umwandlungszyklus aus. Jeder Zeitimpuls des Zeitgebers 54 stellt den Zähler 56 zurück und löst die Erzeugung eines Signals, das sich exponentiell mit der Zeit ändert, in dem Exponential-Signal-Generator 58 aus. Ein solches Exponential-Signal des Exponential-Signal-Generators 58 wird jedem der beiden Komparatoren oder Detektoren 50 und 52 zugeführt.Der Detektor 50 stellt fest, wann das von dem Exponential-Signal-Generator 58 erzeugte Signal gleich dem Signal-Niveau an dem Kondensator 40 ist und erzeugt ein Ausgangssignal auf der Leitung 60. In ähnlicher Weise stellt der Detektor 52 fest, wann das von dem Exponential-Signal-Generatöi· 58 erzeugte Exponential-Signal gleich dem Signal-Niveau an dem Kondensator 42 ist und erzeugt ein Ausgangssignal auf der Leitung 62.Der Zeltdauer-Kreis 64 erzeugt ein Ausgangssignal, das eine Dauer vom Zeitpunkt des Auftretens eines Signals auf der Leitung 60 bis zum Auftreten eines Signals, auf der L_eitung 62 hat.Der Zeltdauer-Kreis 64 kann aus einer fee«The voltage level on capacitors 40 and 42 is fed to comparator or detector 50 and 52, respectively. A timer 54 initiates each logarithmic conversion cycle. Each time pulse of the timer 54 resets the counter 56 and triggers the generation of a signal which changes exponentially with time in the exponential signal generator 58. Such an exponential signal of the exponential signal generator 58 is fed to each of the two comparators or detectors 50 and 52. The detector 50 determines when the signal generated by the exponential signal generator 58 equals the signal level on the capacitor 40 and generates an output signal on line 60. Similarly, detector 52 determines when the exponential signal generated by exponential signal generator 58 equals the signal level on capacitor 42 and generates an output signal the line 62.Der tent duration circuit 64 generates an output signal which itung a period from the time of occurrence of a signal on the line 60 until the occurrence of a signal on the L _e 62 hat.Der tent duration circuit 64 may consist of a fee "

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liebigen Anzahl geeigneter, konventioneller elektronischer oder elektromechanischer Schaltungen oder Vorrichtungen bestehen. any number of suitable, conventional electronic or electromechanical circuits or devices exist.

Das Zeitdauer-Ausgangssignal aus dem Zeitdauer-Kreis 64 wird einem Impulsgenerator 66 zugeführt, der mit konstanter Frequenz während der Dauer des Zeitdauersignals Impulse erzeugt. Die von dem Impulsgenerator 66 erzeugten Impulse werden in dem Zähler 56 gezählt, um einen Zahlenausgang zu erzeugen, der dem Logarithmus des Verhältnisses der Signal-Niveaus an den Kondensatoren 40 und 42 proportional ist.The duration output signal from the duration circuit 64 is fed to a pulse generator 66 which operates at a constant frequency Generated pulses during the duration of the duration signal. The pulses generated by the pulse generator 66 are in counted by the counter 56 to produce a numerical output, which is proportional to the logarithm of the ratio of the signal levels on capacitors 40 and 42.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 soll die dort dargestellte Ausführungsform der Erfindung im einzelnen beschrieben werden. Zum Verständnis der detaillierten Beschreibung kann durch Bezugnahme auf die in Fig. 3 veranschaulichten Wellenformen beigetragen werden. Eine Exponentialfunktion zu einer beliebigen Basis könnte verwendet werden. Es wird jedoch beispielsweise die Basis e (Basis des Systems der natürlichen Logarithmen mit dem angenäherten Zahlenwert 2,71828) benutzt werden, da es leicht ist, durch eine solche Funktion die Spannung an einem sich über einen Widerstand entladenden Kondensator zu beschreiben.With reference to FIG. 2, the embodiment shown there is intended to of the invention will be described in detail. To understand the detailed description can by Reference may be made to the waveforms illustrated in FIG. 3. An exponential function to any Base could be used. However, it becomes, for example, the base e (base of the system of natural logarithms with the approximate numerical value 2.71828), since it is easy to use such a function to apply the voltage to describe a capacitor discharging through a resistor.

In Fig. 2 ist ein Zeitgeber 5Λ dargestellt, der den Zähler zurückstellt und die Entladung eines Kondensators in dem Widerstand-Kondensator-Kreis 82 bei der Erzeugung jedes Impulses auslöst. Der RC-Kreis 82 liefert die bei 84 dargestellte Wellenform an die Komparatoren 86 und 88. Ein erstes Signal, das aus einer Spannung X bestehen mag, wird über die Klemme dem Komparator 86 zugeführt. Ein zweites Signal, das aus einer Spannung Y bestehen mag, wird über die Klemme 92 dem Komparator 88 zugeführt. Diese Signale sind in Fig. 3 als konstante Spannungsniveaus X und Y veranschaulicht. Es ist jedoch selbstverständlich, daß diese Signale sich mit der ZeitIn Fig. 2, a timer 5Λ is shown, which resets the counter and triggers the discharge of a capacitor in the resistor-capacitor circuit 82 when each pulse is generated. The RC circuit 82 supplies the waveform shown at 84 to the comparators 86 and 88. A first signal, which may consist of a voltage X, is fed to the comparator 86 via the terminal. A second signal, which may consist of a voltage Y, is fed to the comparator 88 via the terminal 92. These signals are illustrated in FIG. 3 as constant X and Y voltage levels. It goes without saying, however, that these signals will change over time

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verändern können. Sie sind jedoch zur Erleichterung des Verständnisses als konstante Spannungsniveaus dargestellt. Bei dem Spektrometer-System nach Fig. 1 können diese Signale unter typischen Betriebsbedingungen Änderungen mit einer niedrigen Frequenz je nach der jeweils gemessenen optischen Dichte unterliegen.can change. However, they are shown as constant voltage levels for ease of understanding. In the spectrometer system of FIG. 1, these signals can change with a typical operating conditions low frequency depending on the respective measured optical density.

Der Komparator 86 gibt einen Ausgang auf das exklusive ODER-Tor 94, wenn das erste Signal an der Klemme 90 das exponentiell abnehmende Signal 96 nach Fig. 3 überschreitet. Infolgedessen gibt das exklusive ODER-Tor 94 einen Ausgang auf das Tor 98, da an der Stelle A des Zeitablaufs der Eingang 100 "hoch¹¹ ist (ein Signal angelegt trägt) und der Eingang 102 "niedrig" ist (kein Signal angelegt trägt). Dieser Zustand dauert an bis zum Zeitpunkt B (Fig. 3). Im Zeitpunkt B erzeugt der Komparator 88 auch einen Ausgang, da in diesem Zeitpunkt der Eingang Y ebenfalls das exponentiell abnehmende Signal 96 übersteigt. Im Zeitpunkt B und danach sind beide Eingänge 100 und 102 des exklusiven ODER-Tors 94 "hoch". Infolgedessen hört das exklusive ODER-Tor 94 auf, ein Signal an das Tor 98 zu geben. Es ist zu bemerken, daß dar Ausgang des exklusiven ODER-Tors 94 ein Zeitdauer-Signal ist. Das bedeutet, daß, wenn die Größe des ersten Eingangs an der Klemme 90 und die Größe des zweiten Eingangs an der Klemme 92 sich ändern, die Lage der Zeitpunkte A und B sich auch ändert, wodurch sich die Länge des Zeitdauer-Signals aus dem exklusiven ODER-Tor 94 ebenfalls ändert.The comparator 86 provides an output to the exclusive OR gate 94 when the first signal at the terminal 90 exceeds the exponentially decreasing signal 96 of FIG. As a result, the exclusive OR gate 94 provides an output on gate 98 because at point A of the timing input 100 is "high ¹¹ (carries a signal asserted) and input 102 is" low "(carries no signal asserted). This state lasts until time B (FIG. 3). At time B, the comparator 88 also generates an output, since at this time the input Y also exceeds the exponentially decreasing signal 96. At time B and thereafter, both inputs 100 and 102 of the exclusive OR gate 94 "high." As a result, the exclusive OR gate 94 ceases to signal the gate 98. It should be noted that the output of the exclusive OR gate 94 is a duration signal. This means that if the size of the first input at terminal 90 and the size of the second input at terminal 92 change, the location of times A and B will also change, thereby changing the length of the duration signal from the exclusive OR gate 94 also changes.

Es läßt sich auch mathematisch zeigen, daß das Zeitdauersignal B-A proportional dem Logarithmus des Verhältnisses von X zu Y ist. In der folgenden Ableitung beziehen sich alle Logarithmen auf die Basis e, und die übliche Abkürzung oder Bezeichnung log wird für Logarithmus benutzt. Es wird ausgegan-It can also be shown mathematically that the duration signal B-A is proportional to the logarithm of the ratio of X is to Y. In the following derivation, all logarithms relate to the base e, and the usual abbreviation or designation log is used for logarithm. It is assumed

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gen von der Formel für die Spannung an einem auf eine Spannung K aufgeladenen und über einen Widerstand R entladenen Kondensator C:gen from the formula for the voltage on a voltage K charged and discharged capacitor C through a resistor R:

β Ke ,β Ke,

wobei V die Spannung bezeichnet. Die folgende Gleichung wird aus der vorstehenden durch Dividieren beider Seiten derselben durch K und Logarithmieren beider Seiten gewonnen}where V is the voltage. The following equation becomes obtained from the above by dividing both sides of the same by K and taking the logarithm of both sides}

log V/K * -t/RC,log V / K * -t / RC,

die sich umformen läßt zuswhich can be reshaped add

t * -RG log V/K,t * -RG log V / K,

in die jetzt für den Zeitpunkt A und den Zeitpunkt B die Werte von V » X bei t * A und V » Y bei t « B eingesetzt werden und B-A » RC (log X/K - log Y/K) ergeben. Durch Umformung dieser Gleichung unter Verwendung der Identität!into which the values of V »X at t * A and V» Y at t «B are now inserted for time A and time B and B-A »RC (log X / K - log Y / K). By reshaping this equation using the identity!

log m - log η = log (m/n)log m - log η = log (m / n)

gelangt man zutone arrives at

B-A - RC log (X/Y).B-A - RC log (X / Y).

In ähnlicher Weise würde infolge Verwendung eines exklusiven ODER-Tors 94 im Falle von X kleiner als Y das Zeitdauersignal aus dem Tor 94 seinSimilarly, if an exclusive OR gate 94 is used, if X is less than Y, the duration signal would be be out of gate 94

A - B β RC log (Y/X).A - B β RC log (Y / X).

Es ist ersichtlich, daß unabhängig von der jeweiligen Größe von X und Y das Zeitdauersignal aus 94 immer dargestellt wird durchIt can be seen that regardless of the respective size of X and Y, the duration signal from 94 is always displayed by

B - A = RC log(X/Y) = RC log(Y/X).B - A = RC log (X / Y) = RC log (Y / X).

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Ea ist somit aus der obigen Gleichung ersichtlich, daß die Zeitdifferenz IB-Α) tatsächlich proportional dem Logarithmus des Verhältnisses der Signalwerte von X und Y ist. Es ist aus der obigen Formel auch ersichtlich, daß wenn Y oder X als ein konstanter Wert gleich Eins gesetzt wird, der Zeitdauer-Ausgang des exklusiven ODER-Tors 94 dann proportional dem Logarithmus von X bzw. Y ist oder in anderen Worten dem Logarithmus von eines der Eingangesignale an den Eingangsklemmen 90 oder 92.Ea can thus be seen from the above equation that the Time difference IB-Α) actually proportional to the logarithm of the ratio of the signal values of X and Y is. It can also be seen from the above formula that when Y or X is set equal to one as a constant value, the duration output of the exclusive OR gate 94 is then proportional is the logarithm of X or Y or in other words the logarithm of one of the input signals the input terminals 90 or 92.

Der Zeitdauer-Signal-Ausgang aus dem exklusiven ODER-Tor 94 wird umgewandelt in ein Digitalaignal, das infolge des Einblendens von Impulsen aus dem Oszillator 104 durch das Tor 98 proportional dem Logarithmus ist. Der Oszillator 104 erzeugt Impulse mit einer konstanten Größe bzw. Frequenz. Deshalb ist die Anzahl der durch das Tor 98 während der Dauer des Ausgangs aus dem exklusiven ODER-Tor 94 eingeblendeten Impulse proportional der Zeitdauer JB-AJ und somit auch proportional dem Logarithmus des Verhältnisses von X zu Y. Die von dem Tor 98 eingeblendeten Impulse können von einem Zähler 80 gezählt und auf einer Zahlenanzeigevorrichtung 106 wiedergegeben werden. The duration signal output from the exclusive OR gate 94 is converted into a digital signal which, as a result of the fade-in of pulses from oscillator 104 through gate 98 is proportional to the logarithm. The oscillator 104 generates pulses with a constant size or frequency. Therefore, the number of times through the gate 98 during the Duration of the output from the exclusive OR gate 94 inserted pulses proportional to the duration JB-AJ and thus also proportional to the logarithm of the ratio of X to Y. The pulses inserted by gate 98 can be from a counter 80 are counted and displayed on a number display device 106.

Patentansprüche; Claims ;

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Claims

Patent claims:

Device for generating a digital signal representing the logarithm of the ratio of two signals, characterized by:

means (58,82) for generating an exponential signal which increases exponentially with time changes;

first means (50, 86) for determining a first condition which occurs when one of the two Signals equal to the exponential signal is j

second means (52, 88) for determining a second condition occurring when the other of the two signals is equal to the exponential signal;

a pulse generator (66 ^ 104) j and

a gate (98) for fading in through the pulse generator (104) generated pulses during the period between the detection of the first condition by the first determining device (86) and the determination of the second state by the second determining device (88) for the purpose of generating the digital signal.

2. Apparatus according to claim 1, characterized by a counter (80) for counting the of the impulses displayed on the gate (98).

3. Apparatus according to claim 2, characterized by means (106) for reproduction the count made by the counter (80).

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4. Apparatus according to claim 1, characterized in that one of the two Signals has a predetermined level.

5. Apparatus according to claim 1, characterized in that that one of the two signals changes over time and that the device means (40, 42) for storing the instantaneous value of the changing signal.

6. Apparatus according to claim 1, characterized in that the exponential Signal is an exponentially decreasing signal.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the generating device for the exponential signal consists of a capacitor (C) that discharges through a resistor (R), wherein the exponentially decreasing voltage occurs at the terminals of the capacitor (C).

8. Device for generating a digital signal whose Duration is proportional to the logarithm of the ratio of two signals by :

means (82) for generating an exponentially decreasing signal;

a first comparator (86) which compares the exponentially decreasing signal with one of the two signals and produces an output when either of the two signals is equal to or greater than the exponentially decreasing one Signal j

a second comparator (88), which decreases the exponentially

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compares the receiving signal with the other of the two signals and generates an output if the other of the two signals is equal to or greater than the exponentially decreasing signal; and

a gate (94, 98) for generating a digital output pulse, only if the first (86) of the two comparators (86, 88) generates an output.

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that one of the two Signals has a predetermined level.

10. Apparatus according to claim 8, characterized in that at least one of the two signals changes over time and that the device includes means (40, 42) for storing the Contains instantaneous value of the changing signal.

11. Apparatus for a spectrophotometer with generation of a first, the density of a fluid sample reproducing Signal and a second signal representing the density of a standard fluid for generating a logarithm the ratio of the digital signal reproducing the two signals, characterized by:

means (82) for generating an exponential signal which varies exponentially with time;

a first device (50) for determining a first state which is present when one of the two signals equals the exponential signal;

second means (52) for determining a second condition which is present when the other of the both signals is equal to the exponential signal;

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means (64) for generating a duration signal, the duration of which is from the time of detection the first state extends to the determination of the second state; and

a pulse generator (66) which, for the purpose of supplying the digital signal, produces pulses at a constant frequency of the duration signal generated.

12. The device according to claim 11, characterized in that that the means (82) for generating an exponential signal is an exponential decreasing signal generated.

13. The device according to claim 12, characterized in that that the device (82) for generating an exponential signal comprises a capacitor (C) which is discharged via a resistor (R) comprises, the exponentially decreasing signal appearing at the terminals of the capacitor (C).

14. Apparatus for a spectrophotometer with generation of a first, the density of a fluid sample reproducing Signal and a second signal representing the density of a standard fluid for generating a logarithm the ratio of the digital signal reproducing the two signals, characterized by

means (82) for generating an exponential signal which changes exponentially with time}

first means (86) for comparing the exponential signal to one of the first or second two Signals and to generate an output if one of these two signals is equal to or greater than the ex-

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3 0/11243 0/1124

ponential signal;

second means (88) for comparing the exponential signal with the other of the first two or second signals and to generate an output if the other of these two signals is equal to or greater than that is than the exponential signal; and

a gate (94, 98) for generating a digital output pulse when only the first device has an output generated.

15. Apparatus for a spectrophotometer with generation of a first, the density of a fluid sample reproducing Signal and a second signal representing the density of a standard fluid for generating a logarithm the ratio of the digital signal reproducing the two signals, characterized by

a device / for the independent generation of an exponential signal that increases exponentially with time changes;

(86)
a first comparator / for comparing the exponential signal with one of the two first or second signals and for generating an output if one of these two signals is equal to or greater than the exponential signal;

an exclusive OR gate (94), one input of which is through the output of the first comparator can be acted upon;

a second comparator / for comparing the exponential Signal with the other of the two first and second signals and to produce an output if the other of these two signals is equal to or greater than the ex-

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ponential signal, with another input of the exclusive OR gate (94) through the output of the second comparator can be acted upon j

a pulse generator (104); and

a gate (98) for fading in the pulses generated by the pulse generator (104) on a display device (80, 106) to display the number of pulses during the period during which one of the two signals is equal to or greater than the exponential signal.

16. The device according to claim 15, characterized in that the device (82) generates an exponentially decreasing signal to generate an exponential signal.

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