DE2312378C3

DE2312378C3 - Anordnung zum Wiedergewinnen eines von Störspitzen verzerrten Signals

Info

Publication number: DE2312378C3
Application number: DE2312378A
Authority: DE
Inventors: Frits Jacques Waalre Janssen; Arnold Eindhoven Lehmann
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-03-16
Filing date: 1973-03-13
Publication date: 1979-08-23
Also published as: FR2175949A1; NL7203463A; CA973969A; US3859602A; IT981379B; CH555115A; DE2312378A1; FR2175949B1; DE2312378B2; SE391247B; JPS495096A; GB1372509A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Wiedergewinnen eines unbekannten Signals, das hauptsächlich aus einer Spitze mit einer schwanzartig auslaufenden Flanke besteht, wobei wenigstens der erste Teil der Flanke einen exponentiell absteigenden Verlauf hat und ein folgender Teil verzerrt sein kann, welche Anordnung einen ausgehenden Leiter enthält, der über ein erstes Schaltelement entweder mit einem für die Zufuhr des unbekannten Signals bestimmten ankommenden Leiter oder mit dem Ausgang eines zum Erzeugen eines exponentiell absteigenden Signals zur Nachahmung der Flanke des unverzerrten unbekannten Signals eingerichteten Signalgenerators verbunden ist, welcher Signalgenerator einen über ein Widerstandselement entladbaren Kondensator enthält, der mit genanntem ankommendem Leiter verbunden werden kann.

Eine solche Anordnung ist aus der niederländischen Patentanmeldung 65 16 799 bekannt. Die bekannte Anordnung ist zum Wiedergewinnen und anschließend unter Zuhilfenahme eines Integrators zum Integrieren von Signalen bestimmt, deren Form und Zeitpunkt des Erscheinens der störenden Spitzen genau bekannt sind, wie die von einem Gaschromatographen erzeugten Signale, in welchem Gaschromatographen ein Muster analysiert wird, dessen Bestandteile bekannt sind oder erwartet werden, aber dessen Mengen gemessen werden müssen.

Die bekannte Anordnung eignet sich jedoch nicht für Hac WipHpf opwinncn eines Signals*, von dem nur bekannt ist, daß es eine exponentiell absteigende schwanzartige Flanke hat, welche eine unbekannte Zeitkonstante hat, die außerdem von Fall zu Fall verschieden und verzerrt sein kann, zum Beispiel durch Störspitzen, deren Zeitpunkt des Erscheinens genau so wenig bekannt ist. Ein solches Signal erzielt man z. B. bei bestimmten Methoden für die Bestimmung des Herzminutenvolumens von Menschen oder Tieren, d. h. das Volumen Blut, das vom Herzen pro Minute befördert wird. Bei diesen Methoden injiziert man eine Indikatormenge (z. B. einen Farbstoff) in den venösen Teil der Blutbahn. Dieses Indikatorpaket vermischt sich während seines Umlaufs durch das Kreislaufsystem allmählich mit dem Blut, so daß es stets sehr vage begrenzt und immer mehr verdünnt wird, bis der Indikator schließlich mit allem Blut homogen vermischt worden ist. Wenn an anderer Stelle in der Blutbahn der Verlauf der Indikatorkonzentration mit Hilfe eines geeigneten Meßinstruments gemessen und das Meßergebnis in einer graphischen Darstellung gegen die Zeit eingetragen wird, entsteht im allgemeinen eine Verdünnungskurve, die eine erste Spitze aufweist, gefolgt von einem exponentiell absteigenden Schwanz, darauf eine oder mehrere folgende Spitzen erscheinen. Diese letzten Spitzen, Rezirkulationsspitzen genannt, werden dadurch verursacht, daß das Kreislaufsystem geschlossen ist und das Indikatorpaket augenscheinlich einige Male umläuft, bevor der Indikator sich mit dem Blut völlig vermischt hat.

Zur Bestimmung des Herzminntenvoliimens nimmt

man an, daß das Kreislaufsystem nicht geschlossen ist, ^nd man extrapoliert den exponentiell absteigenden Schwanz der Verdünnungskurve asymptotisch auf Null. Die so gewonnene Kurve ist die primäre Verdünnungskurve. Das Herzminutenvolumen V kann aus dem Verhältnis der eingespritzten Menge Indikator /und der Oberfläche unter der primären Verdünnungskurve nach der Formel

V = K

1
Jc(Od ι

bestimmt werden.

Hierin ist /feine Konstante und JcftH/die Oberfläche unter der primären Verdünnungskurve φ).

Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Anordnung, die, ausgehend von der Verdünnungskurve mit störenden Rezirkulationsspitzen, die primäre Verdünnungskurve wiedergewinnen kann. Die fcxfindung beruht auf der Erkenntnis, daß zwischen der ersten Spitze und der ersten Rezirkulationsspitze die Verdünnungskurve im allgemeinen für einige Zeit gemäß der primären Verdünnungskurve verläuft, und daß dieser Teil der Verdünnungskurve zur Bestimmung der Zeitkonstante des exponentiell absteigenden Schwanzes benutzt werden kann, welche Zeitkonstante darauf beim Erzeugen des restlichen Schwanzteiles der primären Verdünnungskurve angewandt werden kann.

Die erfindungsgemäße Anordnung kennzeichnet sich dadurch, daß die Zeitkonstante des vom Widerstandselement und dem Kondensator gebildeten Netzwerkes zur Anpassung an die abfallende Flanke des unbekannten Signals einstellbar ist, daß für die Herstellung der Verbindung zwischen dem ankommenden Leiter und dem Kondensator ein zweites, periodisch arbeitendes Schaltelement vorgesehen ist, und daß der ankommende Leiter und der Ausgang des Signalgenerators mit je einem der Eingänge einer Meßanordnung verbunden sind, die zum Bestimmen der Differenz zwischen dem vom Signalgenerator erzeugten und dem unbekannten Signal ausgelegt ist.

Sobald die Meßanordnung angibi, daß das erzeugte Signal genauso verläuft wie die abfallende Flanke des unbekannten Signals, kann das erste Schaltelement bedient werden, wonach dem ausgehenden Leiter das erzeugte Signal statt des unbekannten Signals zugeführt wird. Die Zeitkonstante des Signalgenerators wird ab diesem Moment selbstverständlich nicht mehr geändert.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung folgt dieses Umschalten vollautomatisch. Diese Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß die Meßanordnung einen ersten Integrator zum Integrieren eines der Differenz zwischen dem unbekannten und dem erzeugten Signal proportionalen Signals enthält, wobei der Ausgang dieses ersten Integrators mit einem Steuereingang des Signalgenerators verbunden ist, während die Zeitkonstante des ftC-Netzwerkes des Signalgenerators von eier Spannung dieses Steuereinganges abhängig ist.

Wie im vorangehenden bereits bemerkt, benötigt man in vielen Fällen den Wert der Oberfläche unter der Kurve, die das Signal wiedergibt. Diese Oberfläche kann man durch Verbinden des ausgehenden Leiters der Anordnung mit einem Integrator finden, wie dies auch in der bereits genannten niederländischen F'atentanmeldung 65 16 799 der Fall ist. Ein Nachteil des so erzielten Apparates ist die besonders lange Wartezeit, bevor das exnonentiell absteieende Sienal so klein geworden ist.

daß es zur Integration keinen signifikanten Beitrag mehr liefert Diese Wartezeit kann ohne Informationsverlust bedeutend gekürzt werden, indem der Apparat so ausgeführt wird, daß zwischen dem Ausgang des Signalgenerators und dem ersten Schaltelement ein Verstärker aufgestellt ist, dessen Verstärkungsgrad gleich zwei ist, und dessen Ausgang weiter mit einem Eingang eines Spannungskomparators verbunden ist, dessen anderer Eingang mit einem Speicherelement verbunden ist, das zur Speicherung des Wertes des unbekannten Signals im Moment des Unterbrechens der Verbindung zwischen dem ankommenden und dem ausgehenden Leiter durch das erste Schaltelement eingerichtet ist, welcher Spannungskomparator bei gleiches Spannungswerten an den beiden Eingängen ein drittes Schaltelement erregt, das dazu dient, in erregtem Zustand den ausgehenden Leiter spannungsfrei zu machen.

Diese Konstruktion beruht auf folgenden Erwägungen. Der Verlauf des Schwanzes als Funktion der Zeit kann allgemein durch die Formel

SW= Sb- e-'"■

wiedergegeben werden.

Die Oberfläche unter diesem Schwanz ist gleich:

IH)

J--

I - JS(OdI - τ S₁₁

(I

Integration des zweimal verstärkten Signals während einer endlichen Zeit ι ergibt

2.V(OdI - -2r.V,,|e " - I]
Diese muli gleich A sein, also muli:

r .V₁, = 2 t S₁₁ - ItS₁₁C "

woraus folgt:

ι - r In 2.
Der Weil von S[I) ist dann:

SU) =

Im :

Man muß also das zweimal verstärkte Signal so lange integrieren, bis es zur Hälfte seines Beginnwertes abgesunken und somit gleich dem Anfangswert des ursprünglichen, nicht verstärkten Signals ist Mit dem Apparat nach der oben beschriebenen Konstruktion kann diese Bearbeitung automatisch erfolgen.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen erörtert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgeniäßen Anordnung,

F i g. 2 ein Schaltschema eines Teüs der in Fig. 1 dargestellten Anordnung,

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkung des in F i g. 2 dargestellten Teils der Anordnung,

F ie. 4 ein Schaltschem." :^:nes anderen Teils der in

F i g. 1 dargestellten Anordnung,

F i g. 5a bis 5d eine An.';;hl Diagramme zur Erläuterung des Spannungs\c;lauis an mehreren Stellen in der in F ι g. ! .iareestellten Anordnung und

Fig. oa bis 6c eine Anzahl Blockschaltbilder, die verschiedene Ausführungsmöglichkeiten eines Teils der in F i g. 1 dargestellten Anordnung wiedergeben.

Das in Fig. 1 als Blockschaltbild dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anord nung enthält einen ankommenden Leiter 1, der mit einem (nicht eingezeichneten) Aufnehmer, z. B. für die Messung der Konzentration einer ins Blut eines zu untersuchenden Menschen oder Tieres eingespritzten Farbstoffmenge, verbunden werden kann. Ein solcher Aufnehmer liefert als Signal eine Spannung, die das elektrische Analogon des Verlaufs der zu messenden Größe ist Im allgemeinen besteht dieses unbekannte Signal aus einer Spitze, gefolgt von einem Schwanz, dessen erster Teil einen exponentiell absteigenden Verlauf hat, und dessen folgender Teil durch Störspitzen verzerrt sein kann.

Die Anordnung enthält weiter einen mit einem ersten Schaltelement 5 verbundenen ausgehenden Leiter 3. In der in Fig. 1 gezeichneten Stellung des ersten Schaltelements 5 ist der ausgehende Leiter 3 mit dem ankommenden Leiter 1 verbunden. In der anderen Stellung dieses Schaltelements ist der ausgehende Leiter 3 mit dem Ausgang 7 eines Signalgenerators 9 verbunden, der zum Erzeugen eines exponentiell absteigenden Signals zur Nachahmung des Schwanzes des unbekannten Signals ohne Störspitzen eingerichtet ist. Der Signalgenerator 9, der später an Hand der Fig.2 ausführlicher besprochen werden wird, enthält einen Kondensator ii,der über ein Widerstandselement 13 (beide in Fig. 1 gestrichelt dargestellt) entladen werden kann. Der Widerstandswert des Widerstandselements 13 ist von der Spannung eines Steuereingangs 15 des Signalgenerators 9 abhängig, so daß eine Variation dieser Spannung eine Änderung der Zeitkonstante des vom Kondensator 11 und dem Widerstandselement 13 gebildeten Netzwerkes zur Folge hat.

Der Kondensator 11 ist über eine Unterbrecherschaltung 17 mit dem ankommenden Leiter 1 verbunden. Die Unterbrecherschaltung 17, die später gleichfalls an Hand der Fig.2 besprochen werden wird, bildet ein zweites, periodisch arbeitendes Schaltelement, das jeweils für eine gewisse Zeit eine Verbindung zwischen dem ankommenden Leiter 1 und dem Kondensator 11 herstellt und diese Verbindung dann wieder unterbricht.

Zwischen dem Ausgang 7 des Signalgenerators 9 und dem Schaltelement 5 ist weiter ein Verstärker 19 aufgenommen, dessen Funktion später behandelt wird. Der Ausgang des Verstärkers 19 ist weiter mit einem Eingang 21 einer Meßanordnung 23 verbunden, die zur Bestimmung der Differenz zwischen dem vom Signalgenerator erzeugten und dem unbekannten Signal eingerichtet ist. Letztgenanntes Signal kann der Meßanordnung 23 über einen zweiten mit dem ankommenden Leiter 1 verbundenen Eingang 25 zugeführt werden.

Die Meßanordnung 23 enthält einen Differenzverstärker 27, dessen beide Eingänge mit den Eingängen 21 und 25 der Meßanordnung verbunden sind. Durch eine richtige Auswahl von Widerständen 29,31,33,35 und 37 kann man auf eine an sich bekannte Weise erreichen, daß das über den zweiten Eingang 25 ankommende (unbekannte) Signal mehr verstärkt wird als das über den ersten Eingang 21 ankommende (erzeugte) Signal,

wobei das Verhältnis 7wisrhen der Verstärkung de, beiden Signale gerade gleich der Verstärkung des Verstärkers 19 ist, so daß die am Ausgang 39 des Differenzverstärkers 27 erscheinende Spannung der Differenz zwischen dem vom Sijnalgenerator erzeugten und dem unbekannten Signal proportional ist.

Der Ausgang 39 de⁵ Differinzverstärkers 27 ist über einen Kopplungswiderstand 41 mit einem Eingang 43 eines ersten Integrators 45 verbunden, der aus einem an sich bekannten Netzwerk mit einem Verstärker 47, einem Kondensator 49 und einem Widerstand 51 besteht. Der Ausgang 53 dieses Integrators bildet weiter den Ausgang der Meßanordnung 23 und ist mit dem Steuereingang 15 des Signalgenerators 9 verbunden.

Der Ausgang 39 des Differenzverstärkers 27 ist außer mit dem Eingang 43 des Integrators 45 noch mit einem Anzeigeelement 55 verbunden, das zum Beispiel aus einem Spannungsmesser, einer Lampe oder einer zum Inbetriebsetzen eines oder mehrerer Schaltelemente eingerichteten Schaltung bestehen kann. Das Anzeigeelement 55 gibt an, wann die Differenz zwischen dem unbekannten und dem erzeugten Signal gleich 0 wird oder einen Sollwert erreicht.

Der Verstärkungsgrad des Verstärkers 19 ist mit Hilfe der Widerstände 57 und 59 auf den Wert 2 angesetzt. Der Ausgang dieses Verstärkers ist mit dem Eingang 61 eines Spannungskomparators 63 verbunden, dessen anderer Eingang 65 mit einem Kondensator 67 verbunden ist. Der Ausgang des Spannungskomparators 63 ist mit einem dritten Schaltelement 69 in Relaisform verbunden. Beim Erregen des Relais 69 wird der ausgehende Leiter 3 geerdet, so daß dieser Leiter spannungslos wird. Die Wirkung des Spannungskomparators wird später an Hand der F i g. 4 erörtert.

Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung enthält noch ein viertes Schaltelement 71, das zwischen dem ankommenden Leiter 1 und der mit dem zweiten Eingang 65 des Spannungskomparators 63 verbundenen Elektrode des Kondensators 67 eine Verbindung herstellen kann. Weiter enthält die Anordnung noch ein fünftes Schaltelement 73, das in geschlossener Stellung die Unterbrecherschaltung 17 mit dem Kondensator 11 des Signalgenerators 9 verbindet, und ein sechstes Schaltelement 74, mit dem der Eingang 43 des Integrators 45 kurzgeschlossen werden kann. Der ausgehende Leiter 3 ist, wie aus F i g. 1 ersichtlich, vorzugsweise mit einem zweiten Integrator 75 verbunden, der wieder auf die übliche Weise aus einem Verstärker 77, einem Widerstand 79 und einem Kondensator 81 aufgebaut ist. Der Ausgang 83 des zweiten Integrators 75 kann z. B. mit einem Schreiber, einem anzeigenden Meßinstrument oder mit einem Apparat für weitere arythmetische Bearbeitung (nicht eingezeichnet) verbunden werden.

Fig.2 zeigt ein detaillierteres Schaltschema der Unterbrecherschaltung 17 und des Signalgenerators 9. Die Unterbrecherschaltung 17 besteht aus einem Schalttransistor 85, gesteuert von einem astabilen Multivibrator, der durch die Transistoren 87 und 89, die Kondensatoren 91 und 93 und die Widerstände 95, 97, 99 und 101 gebildet wird. Die Wirkung einer solchen Schaltung ist allgemein bekannt und wird hier denn auch nicht weiter erörtert- Die Dauer des leitenden Zustandes des Transistors 87 wird durch die Werte des Kondensators 93 und des Widerstandes 101 und die Dauer des leitenden Zustandes des Transistors 89 durch die Werte des Kondensators 91 und des Widerstandes 99 bestimmt Es ist selbstverständlich durchaus von der Art des zu analysierenden unbekannten Signals

abhängig, weiche Werte daf'ir -iussewahlt wer·' ti. Für Her/minutenvolumenbcstimmuiigen mit Hilfe einer Farbsioffvcrdünnungskurve hat <ί>·Η eine Multivibratorfrcquenz von ungefähr 10 Hz bewähr', wobei Transistor 89 während etwa '.nies zwanzigsten Teiles jeder Periode leitet. Wenn Transistor 89 leitet, ist die Basis des Schalttransi^to's 85 über einen Widerstand 103 mit ucr positiven Speisespannung verbunden, so daß während dieser Zeit auch der Schalttransistor 85 leitet, was bedeutet, daß der ankommende Leiter über das fünfte Schaltelement 73 mit dem Kondensator 11 des Signalgenerators 9 verbunden ist. Der Signalgenerator 9 enthält den Kondensator 11 mit dem dazu parallelgeschalteten Widerstandselement 13, das aus einem Transistor 105 mit einem Widerstand 107 in der Kollektorleitung besteht. Die Basis des Transistors 105 ist über einen Widerstand 109 mit dem Steuereingang 15 des Signalgeneralors 9 und über einen Widerstand 111 mit einem gleichfalls zum Signalgenerator gehörenden Sägezahngenerator verbunden, welcher Sägezahngenerator durch die Transistoren 113 und 115, Kondensatoren 117 und 119 und die Widerstände 121, 123,125 und 127 gebildet wird. Die Wirkung des Sägezahngenerators wird hier nicht weiter erörtert, da diese Schaltung allgemein bekannt ist. Die vom Sägezahngenerator erzeugte Spannung gelangt über den Widerstand 111 an die Basis des Transistors 105. Diese Spannung V₁, ist in Fig. 3 als Funktion der Zeit wiedergegeben. Zur Spannung V_g wird eine Gleichspannung Ko addiert, die über den Steuereingang 15 und den Widerstand 109 zugeführt wird. Der Transistor 105 wird leitend, sobald die Basisspannung einen gewissen, in F i g. 3 mit V, angegebenen Wert übersteigt. Bei einer gegebenen Amplitude und Frequenz der Sägezahnspannung Vj, ist die Dauer des leitenden Zustandes des Transistors 105 von der Steuerspannung V₀ abhängig, wie aus F i g. 3 ohne weiteres ersichtlich ist. Diese Dauer ist in Fi g. 3 mit h angedeutet und die Dauer des gesperrten Zustandes des Transistors 105 mit t₂. Die Summe von /₂ und h ist die Periodendauer des Sägezahngenerators. Der wirksame Widerstandswert des Widerstandselements ist dann gleich

I₂ + I.χ Ix

I 4

'²Y*.

U J

wobei R der Wert des Widerstandes 111 ist. Die Zeitkonstante des vom Kondensator 11 und dem Widerstandselement 13 gebildeten Netzwerkes ist

wobei Cdie Kapazität des Kondensators 11 ist.

Wenn Vo > Vs, leitet der Transistor 105 ununterbrochen, was bedeutet, daß 6=0. In diesem Fall ist also T = RC Dies ist der Minimalwert für v. R und C müssen so ausgewählt werden, daß dieser Minimalwert immer kleiner ist als die kleinste zu erwartende Zeitkonstante des Schwanzes des unbekannten Signals. Die Frequenz des Sägezahngenerators muß selbstverständlich so hoch sein, daß ti + h gegen .RCimmer sehr klein ist. Eine gute Kombination zum Wiedergewinnen primärer Verdünnungskurven zeigt sich die Bildung einer ÄC-Zeit von 1,5 s und einer Sägezahnfrequenz von 1000 Hz.

Der in F i g. 4 dargestellte Spannungskomparator 63 enthält eine an sich bekannte, aus den Transistoren 129 und 131 und den Widerständen 133 und 135 aufgebaute Komparatorschaltung. Die Kollektoranschlüsse der

Transistoren sind miteinander durch ein sechstes Schaltelement 137 verbunden, das geöffnet werden kann, um den Komparator in Betrieb zu setzen. Die Wirkung ist dann wie fol^'. Solange die Spannung am ersten Eingang 61 höher ist als die am zweiten Eingang 65, leitet Transistor 129 und ist Transistor 131 gesperrt. Das heißt, daß die Spannung an der Basis eines AiisgangstrariMSiors 139 verhältnismäßig hoch ist, so Ju3 auch dieser Transistor sperrt. Wcnr cJie Spannung am ersten Eingang 61 unter die am zweiten Eingang 65 absinkt, wird Transistor 129 gesperrt und leitet Transistor 131. Bei einer richtigen Auswahl der Werte der Widerstände 133 und 135, z.B. lOOkOhm bzw. 12k0hm, sinkt hierdurch die Basisspannung des Ausgangstransistors 139 sehr stark ab, so daß dieser Transistor leitend wird. In die Kollektorleitung des Ausgangstransistors 139 ist eine Spule 141 aufgenommen, die ein Teil des bereits genannten Relais 69 ist. In Reihe mit der Spule 141 liegt ein Begrenzungswiderstand 143. Sobuid der Transistor 139 leitend wird, durchfließt der Kollektorstrom dieses Transistors die Spule 141, wodurch das Relais anzieht und der ausgehende Leiter 3 geerdet wird.

Die Wirkungsweise der in F i g. 1 dargestellten Anordnung wird jetzt an Hand der F i g. 5 erörtert. In Fig. 5a ist beispielsweise eine Verdünnungskurve wiedergegeben, wie diese meist beim Bestimmen des Herzminutenvolumens gemessen wird. Eine Signalspannung Ki (t), die das elektrische Analogon der Verdünnungskurve bildet, wird dem ankommenden Leiter 1 zugeführt. Dieses Signal weist eine erste Spitze 145 auf, gefolgt von einem exponentiell absteigenden Schwanz mit einer Anzahl — in diesem Falle zwei — störenden Rezirkulalionsspitzen 147 und 149.

Über die Unterbrecherschaltung 17 und das Schaltelement 73 wird diese Spannung dem Kondensator 11 periodisch zugeführt, wodurch dieser sich jeweils auflädt, bis seine Spannung dem Wert, der V\(t) zu diesem Zeitpunkt hat, gleich ist. Die Spannung am Kondensator 11 ist in F i g. 5a als Vu(t) wiedergegeben.

Die Ausgangsspannung des Signalgenerators 9 (diese ist die Kondensatorspannung V\\(t)) wird im Verstärker 19 zweimal verstärkt und darauf einem Eingang des Differenzverstärkers 27 zugeführt, dessen zweiter Eingang mit dem ankommenden Leiter 1 verbunden ist. Dem zweiten Eingang wird somit das ursprüngliche Signal V\ (t) zugeführt. Da der Differenzverstärker 27 so eingestellt ist, daß die dem zweiten Eingang zugeführte Spannung zweimal so viel verstärkt wird als die dem ersten Eingang zugeführte Spannung, erscheint am Ausgang 39 des Differenzverstärkers 27 eine Spannung Vy)(t), die dem Wert V\(t)— V^(t) proportional ist. Diese Spannung ist in Fi g. 5b wiedergegeben.

Die Spannung Vaft) wird integriert und ihr Vorzeichen im Integrator 45 gewechselt, dessen Ausgangsspannung Vs₃(O in F i g. 5c wiedergegeben ist Diese Spannung wird dem Steuereingang 15 des Signalgenerators 9 zugeführt, wodurch die Zeitkonstante τ, bei der der Kondensator 11 sich entlädt, sich ändert, wie oben an Hand der F i g. 2 und 3 beschrieben ist.

Bevor V\(t) die erste Spitze 145 erreicht hat, ist V\(t)— Vn(t) ununterbrochen positiv, so daß auch V-&(t) immer positiv ist und Vs(t) immer negativer wird. Dadurch bleibt der Wert von V_g (siehe Fig.3) fortwährend niedriger als V_s , so daß /3=0, also

- (■♦;■)

RC =

Das heißt, daß der Kondensator 11 während der Zeit, daß er nicht mit dem ankommenden Leiter 1 verbunden ist, seine Spannung festhält, rsko Vn(X) bleibt während dieser Zeit konstant und wird der Spannung V\(t) nur periodisch angepaßt. Sobald V\(t) die erste Spitze 145 passiert hat, sinkt V\(t) ab, so daß jeweils V\(t)~ V\Jt) und somit Vm(t) negativ ist. Vn(t) steigt dadurch an und erreicht in einem gewissen Zeitpunkt einen Wert, wobei ii (siehe F i g. 3) größer als Null wird. Das heißt, dab τ einen endlichen Wert bekommt und der Kondensator 11 sich entlädt, sobald er nicht mehr mit dem ankommenden Leiter 1 verbunden ist. Der Verlauf von V\\(t) ist dann wie in F i g. 5a bei 151 angegeben.

In einem gewissen Zeitpunkt fo ist τ gerade gleich der Zeitkonstante des exponentiell absteigenden Schwanzes von Vi^fJt Also ist auch nach Unterbrechung der Verbindung zwischen dem Kondensator 11 und dem ankommenden Leiter 1 V\(to)—V_u(to) - 0, also V^ Jo) = O. Die Folge davon ist, daß Vn(t) konstant bleibt, so daß auch τ sich nicht mehr ändert.

Das Verschwinden von Vn(t) wird durch das Anzeigeelement 55 angegeben, wonach der Benutzer des Instruments eine Handlung ausführen kann, die gleichzeitig die Schaltelemente 5, 71, 73, 74 und 137 von der in Fig. 1 bzw. Fig.4 gezeichneten Stellung in die andere Stellung bringt. Der Zeitpunkt dieses Vorgangs ist in F; g. τ mit f_s angegeben. Gegebenenfalls kann das Anzeigeinstrument 55 dazu eingerichtet sein, genannte Handlung automatisch, ohne menschliche Hilfe ablaufen zu lassen.

Da das Schaltelement 73 geöffnet wird, kann der Kondensator 11 nicht mehr mit dem ankommenden Leiter 1 in Verbindimg gebracht werden, so daß der wehere Verlauf von V\(l)keinen Einfluß mehr auf V_u(t) ausübt. Das Schließen des Schaltelemente 74 hat zur Folge, daß der Eingang 43 des Integrators 45 spannungsfrei wird, so daß Vn(O jedenfalls konstant bleibt.

Durch das öffnen des Schalteiements 137 (Fig.4) spricht der Spannungskomparator 63 an. Dieser vergleicht die Spannung am Kondensator 67 (die gleich V](t_s) ist) mit der Ausgangsspannung 2V]](t) des Verstärkers 19.

Mit Hilfe des Schaltelements 5 ist der ausgehende Leiter 3 und dadurch der Eingang des zweiten Integrators 75 bis zum Zeitpunkt t_s mit dem ankommenden Leiter 1 verbunden. Am Ausgang 83 verläuft die Spannung Va(t)(F i g. 5d) also als das Integral von V_x(O-Im Moment t_s wird das Schaltelement 5 umgeschaltet und der ausgehende Leiter 3 mit dem Ausgang des Verstärkers 19 verbunden. Von diesem Moment an verläuft V«i(t) also ais das Integral von 2Vu(O- Diese Integration wird fortgesetzt, bis V₈^ einen Wert V_e erreicht hat. Dies ist der Wert, den V^ft) nach einer unendlich langen Zeit erreichen würde, wenn die nicht verstärkte Spannung V\\(t)dem Integrator 75 zugeführt werden würde. Va₃(O würde in solcltem Falle entsprechend der in F i g. 5d punktiert angegebenen Kurve 153 verlaufen.

Dank dem Verstärker 19 erreicht Vg₃(O den Wert V_c schon nach verhältnismäßig kurzer Zeit, nämlich im Moment <_r, wenn die Spannung 2Vu(O ^a"f die Hälfte des Wertes, den diese Spannung im Zeitpunkt t_s hatte, abgesunken ist Da im Zeitpunkt t_s der Wert V_n(Q gleich V\(ts) ist, bedeutet dies, daß der Zeitpunkt tr dadurch bestimmt wird, daß 2 Vn(tr) = V\(t_s). Dieser Zeitpunkt wird durch den Spannungskomparator 63 bestimmt dessen einem Eingang 61 die Spannung 2 ^W(I) zugeführt wird, während der andere Eingang 65 mit dem Kondensator 67 verbunden ist, der bis aum Moment t_s über das Schaltelement 71 mit dem ankommenden Leiter 1 verbunden war, und also <eit dem Moment f_s die Spannung V,(t_s) beibehalten hat. Im Zeh|jiinkt t_r wird das Relais 69 erregt, wodurch der ausgehende Leiter 3 mit Erde verbunden und die Eingangbspunnung des Integrators also gleich Null wird. V»j(iJ bicibi ab diesem Moment somit konstant und gleich V₁-

Die oben beschriebenen Vorgänge finden nur dann statt, wenn das Signal V\(l) tatsächlich hinter der Spitze 145 einen exponentiell absteigenden Teil genügender Länge aufweist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird Vm(O niemals gleich Null, was selbstverständlich vom Gebraucher beobachtet wird. Gegebenenfalls kann in das Anzeigeelement 55 eine Alarmvorrichtung eingebaut werden, die warnt, wenn V^(t) nach Ablauf einer bestimmten Zeit noch nicht gleich Null geworden ist. Gleichzeitig kann diese Alarmvorrichtung beispielsweise den Ausgang 83 des Integrators 75 kurzschließen, so daß die Anordnung kein Meßergebnis gibt. Dies bedeutet einen wichtigen Vorteil bei der Anordnung nach der Erfindung gegenüber anderen AnrjiJnungen, die von der Voraussetzung ausgehen, daß immer ein exponentiell absteigendem Teil vorhanden ist und somit ein fehlerhaftes Meß^T'-bnis geben, wenn dies nicht so ist, z. B. dadurch, daß die erste Rezirkulationsspitze 147 sehr stark verfrüht erscheint.

Es dürfte einleuchten, daß mehrere der vorbeschriebenen Teile der Anordnung ohne jedes Bedenken durch andere, funktionell gleichwertige Teile ersetzt werden können. So kann z. B. für das variable Widerstandseiement Ϊ3 statt der an Hand der Fig. 2 beschriebenen Schaltung auch ein lichtempfindlicher Widerstand in Verbindung mit einer regelbaren Lichtquelle angewandt werden. Die Unterbrecherschaltung 17 kann ohne Bedenken durch einen elektromechanischen Schalter, z. B. ein Zungenrelais, ersetzt werden.

Einige Variationsmöglichkeiten für den Aufbau des Meßelements 23 sind in F i g. 6 schematisch dargestellt. F i g. 6a entspricht dem in F i g. I dargestellten Schema. An den Eingang wird eine Spannung Vd(O gelegt, die V\(0—V\\(0 proportional ist. An einem Ausgang erscheint eine Spannung VJ(O, die Vd(O proportional ist und dem Anzeigeelement 55 zugeführt werden kann, während am anderen Ausgang eine Steuerspannung VJt) zum Steuern des Signalgenerators g erscheint, die gleich

R₁

R, Cu

KiiDöl ist.

Im Beispiel von Fig.6b wird die Spannung direkt ohne Zwischenschalten des Verstärkers 27, integriert Der Vorteil davon ist, daß ein möglicher Verlauf im Verstärker 27 dann keinen Einfluß auf VJt) ausübt In diesem Fall ist

VJt) =

Kj

KU) =

K₁(Hd/.

Im Wunschfall ist es weiter möglich, als Steuerspannung VJO nicht ausschließlich eine dem Integral von Vd(t) proportionale Spannung, sondern außerdem eine Vd(t) selbst proportionale Spannung zu verwenden. Ein Beispiel einer Schaltung zum Erhalt einer derartigen

Π 12

Spannung gibt Γ i g. 6c. Hierdurch kann in einigen Fällen erreich! werden, da!!

Hier ist: die Ausgargsspainiung V_u(t) des Signal^encraiors 9

sich dem Ve^r!auf de: unbekannte:- Spannung V₁(I) ^R! KiD ι ^! . ί I ,,IM ti, SL-;,,er anpaßt.

4 Ii 1:ι'l /cuiiiumiicn

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Wiedergewinnen eines unbekannten Signals, das hauptsächlich aus einer Spitze mit einer schwanzartig auslaufenden Flanke besteht, wobei wenigstens der erste Teil der Flanke einen exponentiell absteigenden Verlauf hat und ein folgender Teil verzerrt sein kann, welche Anordnung einen ausgehenden Leiter enthält, der über ein erstes Schaltelement entweder mit einem für die Zufuhr des unbekannten Signals bestimmten ankommenden Leiter oder mit dem Ausgang eines zum Erzeugen eines exponentiell absteigenden Signals zur Nachahmung der Flanke des unverzerrten unbekannten Signals eingerichteten Signalgenerators verbunden ist, welcher Signalgenerator einen über ein Widerstandselement entladbaren Kondensator enthält, der mit genanntem ankommendem Leiter verbunden werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des vom Widerstandselement (13) und vom Kondensator (11) gebildeten Netzwerkes zur Anpassung an die des Schwanzes des unbekannten Signals einstellbar ist, daß für die Herstellung der Verbindung zwischen dem ankommenden Leiter (1) und dem Kondensator (11) ein zweites, periodisch arbeitendes Schaltelement (17) vorgesehen ist, und daß der ankommende Leiter (1) und der Ausgang (7) des Signalgenerators (9) mit je einem der Eingänge (25 bzw. 21) einer Meßanordnung (23) verbunden sind, die zum Bestimmen der Differenz zwischen dem vom Signalgenerator (9) erzeugten und dem unbekannten Signal ausgelegt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-ί zeichnet, daß die Meßanordnung (23) einen ersten Integrator (45) zum Integrieren eines der Differenz zwischen dem unbekannten und dem erzeugten Signal proportionalen Signals enthält, wobei der Ausgang (53) dieses ersten Integrators (45) mit

in einem Steuereingang (15) des Signalgenerators (9) verbunden ist, während die Zeitkonstante des ÄC-Netzwerkes im Signalgenerator (9) von der Spannung an diesem Steuereingang (15) abhängig ist.

r>

3. Apparat zum Integrieren eines unbekannten

Signals mit einer Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang (7) des Signalgenerators (9) und dem ersten Schaltelement (5) ein Verstärker (19) aufgestellt ist,

2Ii dessen Verstärkungsgrad gleich zwei und dessen Ausgang außerdem mit einem Eingang (61) eines Spannungskomparators (63) verbunden ist, dessen anderer Eingang (65) mit einem Speicherelement (67) verbunden ist, das zur Speicherung des Wertes

2^r> des unbekannten Signals im Moment des Unterbrechens der Verbindung zwischen dem ankommenden (1) und dem ausgehenden Leiter (3) durch das erste Schaltelement (5) eingerichtet ist, welcher Spannungskomparator (63) bei gleichen Spannungswer-

(o ten an den beiden Eingängen (61 und 65) ein drittes Schaltelement (69) erregt, welches dritte Schaltelement (69) dazu dient, in erregtem Zustand den ausgehenden Leiter (3) spannungsfrei zu machen.