DE2327677C3

DE2327677C3 - Schaltung zur Mittelwertbildung bei einem Zentrifugalanalysator

Info

Publication number: DE2327677C3
Application number: DE2327677A
Authority: DE
Inventors: Marvin Charles Hempstead N.Y. Stewart (V.St.A.)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1972-05-31
Filing date: 1973-05-30
Publication date: 1979-01-11
Also published as: JPS5853B2; BE800334A; IL42403A0; JPS4952680A; AU466994B2; AU5626473A; CH581313A5; CA998179A; IT986394B; ATA477673A; SE394752B; GB1430953A; NL7307597A; ES415416A1; AT348060B; IL42403A; DE2327677A1; US3807630A; BR7304004D0; ES419248A1

Description

Fig. 5 zeigt einen herkömmlichen Analog-Digital-Umsetzer, der in Verbindung mit der beispielsweisen Schaltung zur Bildung des Mittelwerts verwendet wird;

Fig. (lundfiazeigeneinenchemischenZentrifugenanalysator, wie er zusammen mit der beispielsweisen Schaltung zur Bildung des Mittelwertes verwendet wird;

Fig. 7 zeigt schematisch eine Kombination eines chemischen Zntrifugenanalysators zusammen mit der Schaltung gemäß Fig. 2;

Fig. 8 veranschaulicht numerich die Durchführung der Mittelwertsdivision.

In Fig. 1 ist schematisch ein Blockschaltbild einer Anordnung gezeigt, mit der Daten für die Lichtab- π sorption bei einem Zentrifugenanalysator erhalten werden. Die in Fig. 1 gezeigte drehbare Scheibe 1, die zum Beispiel zweckmäßigerweise aus Polytetrafluoräthylen (Teflon) hergestellt ist, hat Hohlräume 3 und 5, von denen eine flüssige Probe, beispielsweise 2u Blutserum, und ein flüssiges Reaktionsmittel durch die Zentrifugalkraft beim Drehen de7 drehbaren Scheibe 1 zwangsweise in die Kammer 7 geführt und in der damit in Verbindung stehenden Küvette 9 gemischt und zum Reagieren gebracht werden. Eine Jj Vielzahl solcher Hohlraumanordnungen, beispielsweise dreißig, die zweckmäßigerweise von 0 bis 29 numeriert sind, ist um die drehbare Scheibe 1 herum angeordnet und steht jeweils mit einer Vielzahl von radial fluchtend da/u ausgerichteten Küvetten 9 in i» Verbindung, die in einem Ringelement 4 sitzen, welches in die drehbare Scheibe 1 einrastet und darm befestigt ist. Der Reaktionsverlauf in der Vielzahl von Küvetten 9 wird photometrisch durch Verwendung einer Lichtquelle 11 und eines herkömmlichen Photo- r> verviclfacherdetektors 13 gemessen, der eine wiederholte Folge von Analogsignalen, die sich von der Lichtabsorption, d. h. der optischen Dichte der Flüssigkeit in den jeweils transparenten Küvetten 9. ableiten, einem Verstärker 15 zuführt. Der Verstarker 15 4n ist zweckmäßigerweise ein logarithmischer Verstärker. Die verstärkten Analogsignale, die in Fig. 1 mit 14 bezeichnet sind, werden herkömmlicherweise unter Verwendung eines Spitzendetektors 16 in Spitzenanalogsignale umgesetzt. Die erhaltenen Analogsi- 4> gnale worden zl¹ einem herkömmlichen Analog-Digital-Umsetzer 21 für die Umsetzung in entsprecher.de binare Digitalsignale zugeführt, die abschließend in eine dezimal kodierte Form in einer herkömmlichen Umsetzanordnung 2* für binär in binar kodiert de/i- in mal Mmgesetzt werden. Der Ausgang dieses BCD-lJmsel/':rs23 wird eini-jii herkömmlichen Drucker 25 zugeführt, wodurch man eine numerische Anzeige b/w. Auslesung erhalt, die dem eingegebenen Analogsignal 14 einspricht. Wie in Fig. I gezeigt ist. wer- > > den die Analogsignale 14 durch statistisches bzw. weißes Rauschen, was bei 15 gekennzeichnet ist. verzerrt, das sich beispielsweise durch Änderungen der Netzspannung ergeben kann. Die Verzerrung der Spitzen der Signale 14 kann /u einer willkürlichen fehlerhaf- e>o ten Umsetzung der Signale 14 in Digitalsignale in dem Analog-Digitalumsctzcr 21 führen. Die Wirkung der Verzerrung des Analogsignals 14 wird durch Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung 27 zur Bildung des Mittelwertes verbessert. Die allgemeine Arbcitsweise der erfindungsgemäßeil Schaltung zur Bildung des Mittelwertes umfaßt, wie sich aus den Fig. 1 und la ergibt, die Bildung des Mittelwertes aus einer Vielzahl von analogen Datensignalen, wie sie bei 14 gekennzeichnet sind, für jede der Küvetten 9 (beispielsweise dreißig, die zweckmäÜigerweise von ü bis 29 numeriert sind). Das heißt, daß eine Vielzahl von Datensignalen, beispielsweise acht (bei acht Umdrehungen der Scheibe 1) für jede Küvette 9 gemittelt werden muß. Ein Generator 20 für die Zeüsteuerungsfunktion herkömmlicher Bauweise mit beispielsweise Zählern, Schieberegistern und kombinatorischer Torsteuerung ist mit der drehbaren Scheibe 1 synchronisiert und erzeugt für den Analog-Digitalumsetzer 21 synchronisierte Signale, was nachstehend näher an Hand von Fig. 3 und 3a beschrieben wird. Diese Signale umfassen Eingangsdaten-Schiebeimpulse über die Verbindung 30, einen Form- bzw. Modeimpuls über die Verbindung 32 und Datenstartimpulse über die Verbindung 33. Der Generator 20 für die Zeitsteuerfunktion erzeugt weiterhin einen synchronisierten »Umlaufimpuls«, d. h. einen Impuls pro Umdrehung der drehbaren Scheibe 1. der über 34 der Schaltung 27 ζ,λ Bildung des Mittelwertes zugeführt wird, sowie synchronisierte »Teilimpulse«, die über 38, und Mittelwert bildende Registerschiebeimpulse, die über 36 zugeführt werden. Wie insbesondere aus den Fig. 1. 1 a, 3, 4 und 5 zu e/sehen ist, wird im Betrieb ein Datenstartit lpuls. jeweils einer für jede Küvette 9 in der Scheib·- 1, von dem Generator 20 für die Zeitsteuerfunktion dem Analog-Digitalumsetzer 21, wie er in Fig. 5 gezeigt ist. zugeführt. Dies leitet einen Umseizzyklus in dem A D-Umsetzer so ein, daß die eingegebene analoge Datenangabe umgesetzt und beispielsweise in fünfzehn Bit-Worten für jeden Impuls 14 der analogen Datenangabe in das reversible Register 700 (Anordnungausdrei »4-Bit«-Einheiten) eingeführt bzw. eingestuft wird. Der Inhalt des reversiblen Registers 700 wird in geeigneter Weise durch die Mittelwert bildenden Registerschiebeimpulse von dem Generator 20 fur die Zeitsteuerfunktion verschoben. Dieses Impulssignal sowie die anderen genjnnten Impulse und Signale sind in Fig. 3 und 3a gezeigt. Das reversible Register 700 gibt das jeweils niedrigstvverte Bit ( LSB) über die Torumkehrstufenanordnung 500 und 502. wodurch Digitalsignale in Binartorm al· »Worte« in die Schaltung 27 zur Mittelwertbildung fur e'.ne vorher festgelegte Anzahl von Umdrehungen der drehbaren Scheibe 1. beispielsweise acht Umdrehungen, eingehen, was durch die Umdrehungsimpulse festgelegt ist. die der Schaltung 27 fur die Mittelwertbildung über 34 zugeführt werden Das am Tor 500 /ugefuhrte Modesignal bestimmt die Bit-Große der Worte, was nachstehend naher erläutert wird. Jedes Wort ha! eine vorher festgelegte Anzahl von Hits Jedes Wort ist w-iturhin die Binarzahl einsprechend dem Wer! der Analogsignale, die in Serie von jeder der kmetlen 9 (beispielsweise dreißig), die /wischen der Lichtquelle 11 und dem Photovervielfacherdetektor 13 hindurchgehen, hergeleitet werden Jedes in die Schaltung 27 für die Mittelwertbildung gehende WOrI wird durch eine Addiervorrichtung 116/u einem Schieberegister 110 übertragen, in dem die Datenangabe dureh die Registerschiebeimpulse für die Mittelwertbildung verschoben wird, die über 38 zugeführt werden. Das Schieberegister 110 kann irgendeine Serienspeichervorrichtung sein beispielsweise ein Laufzeit-, ein Leitungs-, ein Magnettrommelspeicher oder dergleichen. Das Ausgangssignal des Schieberegisters 110 in der Schaltung 27 für die Mittelwertbildung wird der Ad-

dierciiirichtung 116 in einer solchen Zeitbeziehung zugeführt, daß das Wort für jede Küvette 9 zu dem nächsten Wort für die gleiche Küvette, d. h. das sich aus der nächsten Umdrehung ergebende Wort, addiert wird. Die Summe wird zu dem Schieberegister 110 überführt. Bei Vervollständigung der vorher festgelegten Anzahl von Umdrehungen (beispielsweise acht), wie dies durch die Umdrchungsimpuisc über 34 angezeigt wird, wird keine weitere Datenangabc mehr zur Schaltung 27 für die Mittelwertbildung übertragen, die nun in dem Schieberegister 110 die Summierten Daten für jede Küvette 9 (beispielsweise dreißig) für die vorher festgelegten Umdrehungen (beispielsweise acht) enthält. Die Zuführung von »Teilimpulsen« über 36 zu dem Schieberegister 110 der Schaltung 27 für die Mittelwertbildung, wodurch eine Division in dem Schieberegister erzielt wird (beispielsweise eine Division durch acht), erzeugt diviiiierte ocisr "emittelte ^Vortsuninien in Oinärfor!ii sni Ausgang des Mittelwert bildenden Schieberegisters 110, von dem aus die gemittelten Worte zu einem Ausgangsregistcr 28 durch Schiebeimpulse über 33 übertragen werden können. Die binäre Datenangabe vom Ausgangsregister 28 wird herkömmlicherweise durch den BCD-Umsetzer 23 und den Drucker 25 aufbereitet, so daß man eine numerische Anzeige entsprechend dem Mittelwert des von jeder Küvette 9 abgeleiteten Analogsignals erhält. Eine herkömmliche Anordnung für den BCD-Umsetzer 23 ist in Fig. 4 gezeigt. Im Prinzip wird die binäre Datenangabe von dem Ausgangsschieberegister 28 in einem herkömmlichen Hochzähler 710 hochgezählt, während der Rückwärtszähler 720 auf null zurückzählt. Die Zustände der Stufen des Hochzählers 710 werden einer herkömmlichen Druckeranordnung 25 zugeführt.

Fig. 2, die schematisch eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt, weist einen herkömmlichen Vierstufenzähler 100 auf, der beispielsweise vier herkömmliche triggerbare bistabile Kippschaltungen 102,104,106 und 108 hat. Ein herkömmliches Schieberegister 110 mit einer Kapazität mit 45Ü Bit hat in Kaskadenschaltung ein 2()()-Bit-Register 111, ein 200-Bit-Register 113 und ein 50-Bit-Register 115. Diese Einheiten können aus handelsüblichen Einrichtungen kombiniert werden. Der Grund für diese beispielsweise Auswahl der Registerkapazität wird nachstehend erläutert. In Fig. 2 ist weiterhin ein herkömmlicher Volladdierer 116 mit der herkömmlichen 1-Bit-Verzögerungsanordnung 117 sowie ein herkömmlicher Dreistufen-Binärzähler 118 gezeigt, der beispielsweise drei herkömmliche triggerbare bistabile Kippstufen 119, 121 und 123 aufweist.

Wie aus Fig. 2 und den Zeit- bzw. Impulsdiagrammen von Fig. 3 und 3a zu ersehen ist, ist im Betrieb der Schalter 126 geschlossen, so daß ein Gleichstromsignal für den gesetzten Zustand für alle Stufen 102, 104,106 und 108 des Zählers 100 erzeugt wird. Dieses Signal wird im folgenden als »Speicher-Rücksetza-Signal bezeichnet. Beim »Setz«- (oder Rücksetz-)Zustand sind alle Stufen des Zählers 100 im »Eins«-Zustand. Unter diesen Bedingungen werden Umdrehungsimpulse (einer für jede Umdrehung der drehbaren Scheibe 1) dem Zähler 100 über das Tor 130 zugeführt. Der Ausgang des Zählers ist über das Tor 132 jedoch null. Die dem Zähier 100 zugeführten Umdrehungsimpulse beeinträchtigen den gesamten »Eins«-Zustand in dem Zähler nicht, da alle Stufen mit »Masse« über den Schalter 126 verbunden bleiben. Beim Öffnen des Schalters 126 bringt der nächste, dem Zähler lOO zugeführte Umdrehurtgsimpuls den Zähler in den insgesamt »NulU-Zustand. Dieser Umdrelumgsimpuls ist bei 400 in den Fig. 3 und 3a gezeigt. Die Zustände des Zählers 100 sind in Fig. 3 a bei 408, 410, 412 und 414 gezeigt. Dies führt dazu, daß das Signal bei Q4 der Zählcrstufe 108 über das Tor 132 geht und das Tor 130 öffnet, so daß die Küvcltendatcnangabe vom Analog-Digitalumsetzer 21 zur Schaltung für die Mittelwertbildung gelangen kann. Das Ausgangssignal des Analog-Digital-Umsetzers 21 ist mit der Zuführung der Datcnstartimpulse. die mit 407 in Fig. 3 bezeichnet sind, ununtcrbrachen. Die Eingangsdalenangabe wird durch die Eingangsdatenschiebeimpulse 405, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind, eingeteilt. Die Datenangabe von dem Analog-Digital-Umsetzer 21, die in Fig. 3 mit 402 h**/»-»iMinA* ic* tin/l \"}r» ^!ti^ti-i l~\ nlAncfarlimniilo wir

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dem in Fig. 3 mit 407 bezeichneten Impuls ausgelöst wird, liegt in Binärform vor und umfaßt ein »Wort« für jedes empfangene Analogsignal, das auftritt, wenn jede Küvette 9 zwischen der Lichtquelle 11 und dem Photovervielfacherdetektor 13 hindurchgeht. Auf diese Weise wird eine Folge von dreißig Worten der Reihe nach bei jeder Umdrehung einer Scheibe mit dreißig Küvetten erzeugt. Die Anzahl der Bits pro Wort wird {uf der Basis der gewünschten Genauigkeit in der abschließenden numerischen Anzeige gewählt.

jo Für sich drehende Analysatorcn der beschriebenen Art ist ein 12-Bit-Wort ausreichet. Dadurch kann ein Analog-Digital-Umsetzer verwendet werden, der »12-Bit«-Worte für jedes Analogsignal erzeugt.

Die binäre Datenangabe von dem Analog-Digital-

J5 Umsetzer 21, d. h. die Folge von dreißig in Reihe angeordneten 12-Bit-Worten pro Umdrehung der drehbaren Scheibe 1, geht in den Volladdierer 116 bei 133, wobei ein »Bit« für jeden der zwölf Eingangsdatenschiebeimpulse geführt wird, was bei 405 gezeigt ist, die dem Analog-Digital-Umsetzer 21 zugeführt werden. Diese am Analog-Digital-Umsetzer 21 zugeführten Impulse 14 werden durch Eingangsdatenschiebeimpulse 405 eingeteilt und in die Schaltung für die Mittelwertbildung durch die Mittelwert bildenden Registerschiebeimpulse geschoben, wie sie bei 406 in Fig. 3 gezeigt sind. Das Ausgangssignal des Addierers 116 wird dem Eingang des Mittelwert bildenden Schieberegisters 110 bei 117 gleichlaufend mit der Zuführung von fünfzehn Schiebeimpulsen 406

(Fig. 3) zu dem Register 110 bei 125 zugeführt. Demzufolge wird jedes dem Addierer 116 bei 133 zu_osführte »Bit« (addiert zu welchem Signal auch immer, das über 137 zugeführt wird) in das Register 110 überführt und geschoben. Während des Zeitraums der

ersten Umdrehung der drehbaren Scheibe 1, d. h. der ersten dreißig Worte der Datenangabe, erzeugt das NAND-Tor 140 infolge der von den Stufen 102, 104. 106 und 108 des Zählers 100, was bei 408, 410, 412 und 414 in Fig. 3a gezeigt ist, zugeführten Signale

ein Signal bei 415, welches das Tor 138 schließt und jedes Signal aus dem Schieberegister 110 für den Durchgang zum Addierer 116 sperrt. Dadurch ist es möglich, daß alle vorherigen Daten im Register 110 gelöscht werden, indem sie aus dem Register hinaus-

geschoben, jedoch nicht addiert werden, da das Tor 138 geschlossen ist. Nach einer vollen Umdrehung der drehbaren Scheibe 1 nach Öffnen des Schalters 126 öffnet das NAND-Tor 140 infolge der Nichtgleichar-

tigkeit der Ausgangssignale aus den Stufen 1Ö2, 1Ö4, 106 Und 108, wie dies bei 420 in Fig. 3a gezeigt ist. Um die abschließende Mittelwertbildung der Daten für jede der dreißig Küvcttcn 9 zu gewährleisten, ist es erforderlich, daß das Ausgangssigiial aus dem Register 110, Welches dem Addierer 116 bei 137 zugeführt wird, mit der zum Addierer bei 133 hereinkommenden Darc-nangabe koinzident ist. Das heißt, daß das vorherige »Wort« für eine gegebene Küvette aus dem Register 110 in Übereinstimmung mit dem hereinkommenden »Wort« für die gleiche Küvette herausgeschoben werden muß. Dieser Zustand ist bei 428 in Fig. 3 gezeigt. Dies wird bei einer beschriebenen beispielsweisen Anordnung dadurch erreicht, daß das Schieberegister 110 so gewählt wird, daß es eine Bit-Kapazität von 450 Bits hat. Diese spezielle Bit-Kapazität beruht auf der Verfügbarkeit von »12-Bil«-Worten vt)n dem ausgewählten Analog-Digital-Umsetzer 2! Wcp.p, dreäßi" !2-Bii-Worie bei 'eder Drehup." dies beeinflußt jedoch die Dafenangabe nicht. Somit werden fünfzehn Bits zum Zähler 110 für jedes Wort vom Analog-Digital-Umsetzer 21 übertragen. Demzufolge ist der Zähler 110 nach dreißig Worten, die sich aus der ersten Umdrehung oder Folge ergeben, voll. Bei 137 erscheint ein Ausgangssignal entsprechend dem ersten eingeführten Wort Und wird mit dem zusammenfallenden Eingangssignal bei 133 entsprechend dem ersten Wort für die zweite Umdrehung oder für die zweite Folge der drehbaren Scheibe 1 addiert. Dies ist in Fig. 3 bei 428 gezeigt. Diese Arbeitsweise setzt sich acht Umdrehungen lang fort, wobei für die aufeinanderfolgende Addition von acht Sätzen von Daten für jede Küvette 0 bis 29 gesorgt wird. Bei dem neunten durch den Zähler 100 gezählten Umdrehungsimpuls, der den Abschluß der acht Umdrehungen anzeigt und bei 440 in Fig. 3a gezeigt ist, wird Qt der Zählcrstufe 108 eine »Eins«, wie dies bei 445 in Pin ^a opypiot ist

erzeugt werden und ein Mittelwert über acht Umdrehungen gebildet werden soll, wäre eine gesamte Bit-Kapazität von 4095 erforderlich, wenn die in den Daten enthaltenen Zahlen für jede Küvette bis zu 4095 im Binärwert reichen. Dies ist eine praktische Wahl, da die Absorptionseinheitenmessungen für Zentrifugatanalysalorcn in diesen Bereich, beispielsweise bis zu 4095, fallen. Deshalb wird eine 450-Bit-Kapazität für das Register 110 verwendet. Wenn ein »10-Bit«- Wort für ausreichend erachtet wird, würde die Gesamtkapazität 1024 betragen. Daraus ergäbe sich bei acht U ndrchungen und dreißig Küvetten die Registerkapazität zu 390 Bits. Die gewählte volle Kapazität von 450 Bits des Registers entspricht somit dreißig 15-Bit-Worten für acht Umdrehungen. Das bedeutet, daß das Register voll ist und damit beginnt, das erste eingetretene Wort auszuschieben, d. h. das Wort von der Küvette »null« für die erste Umdrehung der drehbaren Scheibe 1, nachdem 450 Bits empfangen worden sind. Dieses Ausschieben des ersten Wortes des Eingangssignals bei 137 des Addierers 116 muß mit dem ersten Wort der Datenangabe für die zweite Umdrehung der Küvette 9 zusammenfallen, d. h. die Datenangabc für die erste Küvette »null«, die bei 133 erscheint. Dies wird dadurch erreicht, daß gewährleistet ist, daß die 12-Bit-Worte von dem Analog-Digital-Umsetzer 21 als 15-Bit-Worte im Register 110 gezählt werden, ohne daß der Wert der Worte geändert wird. Dies kann einfach dadurch erreicht werden, daß das Ausgangssignal des Analog-Digital-Umsetzers 21 über das Umkehrregister 700 zusammen mit einem in Fig. 3 mit 430 bezeichneten Mode-Signal durch ein NAND-Tor 500 und eine Umkehrstufe 502 geführt wird, wie dies schematisch in Fig. 5 gezeigt und vorstehend erläutert wurde. Wenn das in Fig. 5 und im Impulsdiagramm von Fig. 3 mit 430 bezeichnete Mode-Signal hoch (eins) und das Ausgangssignal des Analog-Digital-Umsetzers 21 hoch (eins) sind, erscheint über die Umkehrstufe 502 ein Ausgangssignal. Wenn das Mode-Signal 408 niedrig (null) ist, dann erscheint über die Umkehrstufe 502 ein Ausgangssignal null. Der Mode-Impuls ist 12-Bit (zwölf Taktimpulse) breit. Somit hat jedes 12-Bit-Wort vom Analog-Digital-Umsetzer 21 angefügte Nullen, wie dies bei 435 in Fig. 3 gezeigt ist, weiche seinen Wert nicht beeinflussen, und zwar für die nächsten drei Schiebeimpuise zum Register IiO, was mit 410 bezeichnet ist. Die Nullen werden tatsächlich bis zum nächsten Worteingang, der mit 436 bezeichnet ist, vorgesehen.

Das Signal am Tor 132 blockiert den Eingang für jede weitere Datenangabe über das Tor 130. Das Zählen des Zählers 100 wird ebenfalls mittels eines Signals über das Tor 131 gestoppt. Der Zähler 100 wird dadurch in den Zustand für den nächsten Zyklus der Mittelwertbildung gebracht, d. h. der Zähler befindet sich in einem »0001 «-Zustand, wie er bei 450 in Fig. 3a gezeigt ist. Bei der Zuführung und beim Entfernen des nächsten »Speicher-Rücksctz«-Signals durch Betätigung und Freigabe des Schalters 126, wird

jo der Zähler 100 in geeigneter Weise mit dem nächstfolgenden Umdrehungsimpuls synchronisiert. Wenn das Signal von dem Tor 132 nach dem neunten Umdrehungsimpuls entfernt wird, wird der Zähler 118, der vorher in einem insgesamt »Null«-Zustand durch dieses Signal gehalten worden ist, was in Fig. 3a mit 455 bezeichnet ist, durch die Taktimpulse, die beim Tor 156 zugeführt werden, eingeteilt. Nach dem ersten Taktimpuls gestatten die Zählerzustände des Zählers 118, daß drei aufeinanderfolgende Taktimpulse, svas in Fig. 3a bei 460 gezeigt ist, als Schiebeimpulse dem Schieberegister 110 über die Tore 150 und 152 zugeführt werden. Nach diesen Impulsen wird die Stufe 119 »eins«, was in Fig. 3 bei 465 gezeigt ist. Das Signal dieser Stufe bei Q₄ blockiert das Tor 156 und somit jedes weitere Zählen des Zählers 118. Die in dem gestrichelten Teil 500 von Fig. 3a veranschaulichten Impulse sind zur klareren Darstellung auseinandergezogen worden. Die drei dem Register 110 zugeführten Schiebeimpulse 460 teilen die Binärdaten im Register 110 durch acht. Dies tritt ein, wenn das Eingangssignal bei 133 des Addierers 116 null ist, wobei das Tor 130 gegenüber Daten vom Analog-Digital-Umsetzer 21 gesperrt ist. Diese »Null« wird zu dem letzten kennzeichnenden Bit (LSB) am Ausgang des Registers 110 addiert. Wenn dies dreimal eintritt, hat dies eine Division durch acht zur Folge, was in Fig. 8 gezeigt ist, die eine beispielsweise Division durch acht des Binärwertes 2048 durch Verschieben dreier Plätze veranschaulicht. Während die Eingangsdatenangabe durch den Addierer 116 dem Register 110 zugeführt wird, verhindert das Tor 160, daß das Ausgangssignal bei 162 des Addierers 116 das Ausgangsregister 164 erreicht, welches ein handelsübliches 12-Bit-Schieberegister ist. Wenn das Signal von Q₄ der Stufe 108 des Zähler 100 »eins« ist, öffnet ein Signa! über 168 das Tor 160. Somit erscheint das Ausgangssignal des Registers 110 am Ausgang der Umkehrstufe 170 (das Eingangssignal bei

B des Addierers 116 ist null) und tritt in das
gangsregister 28 ein. Dem Aüsgangsschieberegistcr 28 werden Ausgangsschieberegisterimpulse in Zwölfergruppen zugeführt, was in Fig. 3 bei 404 gezeigt ist. Die ersten zwölf Seliiebeimpulse, die mit den ersten zwölf Impulsen der Mittelwert bildenden Registerschiebeimpulse 406 zusammenfallen, übertragen das erste gemif.telte Wort entsprechend der ersten Küvettendatenangabe von dem Ausgangsregister 28 zum BCD-Umsetzer 23 und zum Drucker 25, wo man eine Anzeige bzw. einen ausgedruckten Wert erhält. Jeder der darauffolgenden zwölf Schiebeimpulse 404 usw. überträgt ein weiteres gcmitteltes Wort, bis die gemittelten Daten für alle dreißig Küvetten erhalten sind.

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich speziell auf die Mittelung von acht Datensätzen. Eine Mittelwertbildung von 2,4, 8, 16, 32 usw. Datensätzen kann Icichtciiirch eine gciaiifige Modifizierung der :n F:g. 2 gezeigten Schaltung erfolgen, wobei man lediglich den ausgeführten Prinzipien folgt. Für eine Mittelung von sechzehn Sätzen von Daten verwendet man beispielsweise vier Extraschiebeimpulse 460 an Stelle von drei, wenn alle Datenangaben in dem Register 110 gespeichert worden sind. Der Zähler 100 sollte dabei über sechzehn Umdrehungen eingeschaltet bleiben. Dies kann dadurch erreicht werden, daß dem Zähler 100 eine zusätzliche Stufe zugeführt wird. Für die Bedingungen von dreißig Küvetten und sechzehn Umdrehungen mit zwölf-Bit-Worten sollte die Kapazität des Registers 110 16 X 30 = 480 Bits betragen (für gemessene Werte bis zu 4095). Um den Mittelwert von vier Datensätzen zu bilden, werden an Stelle von drei zwei Extraschiebeimpulse 460 vorgesehen. Dabei soll der Zähler 100 mit vier Umdrehungen durch Entfernen einer Stufe aus dem Zähler 100 eingeschaltet bleiben. Die entsprechende Bit-Kapazität des Registers 110 wäre dann 420. In gleicher Weise können die Mittelwerte für die anderen genannten Sätze erzielt werden.

Die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform der Erfindung dient zum Einsatz in Verbindung mit dem in Fig. 6und6agezeigten Analysator. Der in Fig. 6 und 6 a gezeigte Analysator der vorstehend erwähnten Art hat eine drehbare beladbare Scheibe 1, welche dreißig Reihen von Hohlräumen 2 hat, die von 0 bis 29 durchnumeriert sind. Jede Reihe hat einen Serumshohlraum 3, einen Reaktionshohlraum 5 und eine Mischkammer 7. Jede Reihe von Hohlräumen ist jeweils zu einer Küvette in dem Ringelement 4 fluchtend ausgerichtet. Wenn das Ringelement 4 durch den Motor 6 angetrieben wird, werden Serum und Reaktionsmittel gemischt durch Kanäle 306 in die entsprechende Küvette 9 transportiert. Die gefüllten Küvetten 9 drehen sich schnell zwischen der Lichtquelle 11 und einer herkömmlichen Photovervielfachereinheit 13, beispielsweise mit 1000 Upm. Dadurch wird eine Folge von analogen elektrischen Signalen in Form von Impulsen erzeugt, die in Fig. 1 mit 14 bezeichnet sind und einem herkömmlichen Verstärker, beispielsweise einem logarithmischen Verstärker 15, zugeführt werden. Bei jeder Umdrehung der drehbaren Scheibe 1 werden dreißig Reihenimpulse erzeugt. Die dem Verstärker 15 zugeführten Signale haben Impulsform infolge des Zerhackereffektes der Drehung der Küvetten 9 zwischen der Lichtquelle 11 und deip Photovervielfacherdetektor 13. Man benutzt einen logarithmischen Verstärker wegen des logarithmischen Charakters des Absorpfionsphänornens der Seium-Reaktiöfismittel-Reaktionen. Die Amplitude der dem Verstärker 15 zugeführten Impulse und die verstärkten Impulse sind ein Maß für die Lichtabsorption, d. h.

die optische Dichte der Flüssigkeit in den Küvetten 9, und somit ein Maß für den Zustand der Reaktion in den Küvetten 9. Diese Impulse, die einer willkürlichen Verzerrung, wie sie in Fig. 1 durch 14 gezeigt ist, ausgesetzt sind, werden über einen herkömmlichen

ίο Spitzendetektor 16 einem herkömmlichen Analog-Digital-Umsetzer 21 zugeführt, wie dies in Verbindung mit den Ausführungsformen von Fig. 1 und 2 erläutert wurde. Das Ausgangssignal des Analog-Digital-Umsetzers 21 ist eine Folge von dreißig aneinan-

dergereihten binären Worten pro Umdrehung der drehbaren Scheibe 1, wobei jedes Wort der gemessenen optischen Dichte der reagierenden Flüssigkeiten jeder Küvette 9 entspricht. Eine Eichschaltung gemäß Patentanmeldung P 23 27f>7(S ,H (H 407 M) sorgt dafür, daß die binären Worte einem geeigneten numerischen Wert für die optische Dichte genau angepaßt werden. Wie an Hand von Fig. 1 und 2 ausgeführt wurde, können die Daten für jede Küvette für eine vorher festgelegte Anzahl von Umdrehungen, beispielsweise acht, gemittelt werden.

Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, ist an der Welle 610 der Rotoranordnung 4, die mit einer vorher festgelegten Drehzahl von beispielsweise 1000 Upm durch den Motor 5 angetrieben wird, eine magnetische Scheibe

jo 600 herkömmlicher Bauweise befestigt. Die Magnetscheibe 600 kann regelmäßig gebaut sein, so daß man eine inkrementförmig magnetisch polarisierte Oberfläche erhält, wodurch eine Vielzahl von gleichförmig bezüglich der Zeit beanstandeter magnetischer

v> Impulse zu einem herkömmlichen Magnetkopfdetektor 620 geführt wird. Die magnetischen Impulse erzeugen indem Magnetkopf 620elektrische Impulse, die dem Generator 20 für die Zeitsteuerfunktion zugeführt werden. Durch bekannte Verfahrenswcisen und durch Einsatz herkömmlicher Schaltungen werden die synchronisierten Signale, wie sie vorstehend beschrieben wurden, erzeugt, d. h. Faktimpulsc, Schiebeimpulsc und Modeimpulse. In gleicher Weise empfängt ein Magnetkopf 630 einen Magnetimpuls einmal pro Umdrehung der drehbaren Scheibe 1 und erzeugt einen synchronisierten Umdrehungsimpuls.

Wie aus Fig. 7 zu ersehen ist, werden die auf die vorstehend beschriebene Weise erzeugten Signale der Schaltung für die Mittelwertbildung zugeführt, die durch die gestrichelten Linien 1000 umgrenzt ist. Die Schaltung innerhalb der gestrichelten Einschließung 1000 entspricht der von Fig. 2. Die Mittelwertbildung der Daten für die optische Dichte der Küvetten 9 wird wie an Hand von Fig. 2 beschrieben erzielt.

Der beispielsweise beschriebene Zentrifugenanalysator ist bekannt (Analytical Biochemistry, 28, 545-562, 1969).

Ein häufig ausgeführter analytischer Text, bei welchem Zentrifugenanalysatoren verwendet werden, ist die Bestimmung von Glukose im Blutserum. Bei dieser Analyse werden 5 μΐ Serum in den Serumhohlräumen und 350 μΐ des Glukosereaktionsmittets in den

■S5 Reaktionshohlräumen der Probenscheibe 1 angeordnet. Das Glukosereaktionsmittel ist ein 0,3-molarer Triäthanolaminpuffer mit einem pH-Wert von 7,5, der 0,0004 Mol/I NADP (Nikotinamidadenindinu-

213 27 677

11 12

klcotidphosphat), 0,0005 ίνίοΐ/l ATP (Adenosinitfi- und Glukose-fi-phosßliaidehydfogenase führt zur

phosphat), 70 nig/l Hexokinasc, 140 mg/1 Glukose- Reduktion des NADP, die spektrophotometrisch

6-phospfiatdehydrogenase und 0,004 Mol/1 MgSO₄ durch Messung der Änderung der Absorption bei

enthält. Die kombinierte Wirkung des ATP und des einer Wellenlänge von 340 mn verfolgt werden

NADP in Anwesenheit der Enzyme liexokinasc ·-, kann.

Hierzu 8 Blatt Zeichnunecn

Claims

Patentanspruch:

Auswerteschaltung zur Bildung des Mittelwertes einer Reihe von in Digitalform umgewandelten Meßwerten, mit einem Umlaufspeicher zur Aufnahme von von verschiedenen Messungen stammenden Meßwertdaten, mit einer dem Speicher nachgeschalteten Addierstufe, mit einer eine Teilung summierter Werte bewirkenden Schaltungseinrichtung zur Mittelwertbildung und mit einem Torschaltungen steuernden Zähler, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Auswerteschaltung ist an einen Zentrifugalanalysator angeschlossen, erhält von diesem bei jeder Umdrehung einer Kreisscheibe (1), an deren Umfang k Flüssigkeitskammern (7) zur Aufnahme zu analysierender Flüssigkeitsproben angeordnet sind, von jeder Flüssigkeitskammer einen Meßwert in Forra eines ρ Bits aufweisenden digital kodierten Wertes und mittelt nach einer vorbestimmten Anzahl von 2" Umdrehungen der Kreisscheibe die 2" Meßdaten einer jeden Flüssigkeitskammer;

b) der Umlaufspeicher ist als Umlaufschieberegister (110) ausgebildet, und seine Kapazität entspricht dem Produkt kp;

c) das Umlaufschieberegister ist an seinem Eingang mit dem Ausgang der Addierstufe (116) und an seinem Ausgang mit einem ersten Eingang [A) der Addierstufe verbunden und über die Addirrstufe .um Umlaufschieberegister ergänzt, r'.essen Inhalt mit Hilfe von Schiebeimpulsen zur Nddierstufe hin verschiebbar ist;

d) ein zweiter Eingang (S) der Addierstufe ist über eine erste Torschaltung (133) mit einer Leitung zur Zuführung der digitalen Meßwertdaten verbunden;

e) der Ausgang der Addierstufe ist außerdem über eine zweite Torschaltung (160) mit einem Ausgangsregister (28) zur Weitergabe der gemittelten Daten an eine Verwertungseinrichtung (23, 25) verbunden:

f) der Zähler (100) ist mit einem Eingang (130) an eine Kreisscheibendrehungsimpulsc zuführende Leitung (34) angeschlossen und gibt nach Vollendung der 2" Umdrehungen an die erste Torschaltung (133) ein Sperrsignal (445) zur Sperrung einer weiteren Daten/ufuhr /um /weiten Eingang ( B) der Addierstufe (116). so daß die Addierstufe nur noch Nullen addiert;

g) das Sperrsignal aktiviert außerdem die Schaltungseinrichtung (118) /ur Abgabe von η Speicherschiebeimpulsen (460). öffnet die zweite Torschaltung (160) und gibt damit eine serielle Ausgabe des Inhalts des Umlaufschieberegisters über die Nullen addierende Addierstufe an das Ausgangsregister (28) frei.

Die Erfindung betrifft eine Auswerteschaltung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs.

Bei verschiedenen elektronischen Meßvorrichtungen wird ein analoges elektrisches Signal erzeugt, das proportional zu einem bestimmten Parameter, beispielsweise der Temperatur, der Lichtstärke ussv., sein soll. Dieses Signal wird in Digitalform umgesetzt und erscheint abschließend als Ziffernanzeige. Unter bestimmten Umständen können statistische, ■,'.. h. weiße

ίο Rauschsignale das Analogsignal verzerren, was zu Fehlern führt, wenn das Analogsignal in Digitalform umgesetzt wird. Die Verzerrung durch statistisches bzw. weißes Rauschen kann dadurch verringert werden, daß aus einer Vielzahl verzerrter Analogsignale ein Mittelwert gebildet wird. Das Mitteln der Analogsignale erfordert jedoch den Einsatz von zusätzlichen kostspieligen Analogvorrichtungen und ein sorgfältiges Abschirmen, damit das statistische Rauschen nicht auch die zusätzlichen analogen Bauteile beeinflußt.

Aus der US-PS 3 562500 ist eine Schaltung bekannt, mit der eine große Anzahl entlang der Breite einer Papierbahn gemessener Daten zur Beurteilung der Papierqualität ausgewertet wird. Um den erforderlichen Speicheraufwand zu verringern, werden die einzelnen Meßdaten gruppenweise gemittelt, indem die Daten einer Gruppe auf einer Spur eines Trommelspeichers aufgezeichnet und dann die Daten aus verschiedenen Spuren dieses Trommelspeichers adjo diert und der addierte Wert zum Zweck des Mitteins durch die AnzüM der Aufzeichnungsspuren dividiert wird. Diese bekannte Auswerteschaltung hat jedoch den Nachteil, daß sie auf Grund des erforderlichen Trommelspeichers sehr aufwendig und teuer ist.
Aus »Electronic Engineering«, Oktober 1952. S. 442 bis 445. ist es bereits bekannt gewesen, Teilungen durch Verschiebungen zu realisieren.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für einen Zentrifugalanalysator eine einfache Schaltang zur Bildung des Mittelwertes von für jede einzelne Meßstelle ermittelten digitalen Daten zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Schaltung ist wegen der Verwendung eines einfachen Umlaufschieberegisters, das gleichzeitig auch zur Durchführung der Division dient, einfach aufgebaut.

An Hand der Zeichnungen wird ein Ausführungs-"ifi beispiel der Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Schaltungsheispiel zur Bildung des Mittelwerts, kombiniert mit einem chemischen Zentrifugenanalysator;

Fig. la zeigt einen speziellen Teil der Schaltung Vi in Fig. 1;

Fig. 2 zeigt in Einzelheiten die Schaltung zur Bildung des Mittelwerts;

Fig. 3 zeigt in einem Impulsdiagramm die Impulse und Signale, die beim Betiicb der Schaltung von Fig. 2 auftreten;

Fig. 3azeigtin einem Impulsdiagramm bestimmte Impulse und Signale, die beim Betrieb der Schaltung von Fig. 2 bei einer längeren Zeitperiode als der in Fig. 3 gezeigten auftreten;

Fig. 4 zeigt schematisch im Blockdiagramm einen herkömmlichen Umsetzer von binär in binär kodiert dezimal, der in Verbindung mit der Schaltung zur Bildung des Mittelwertes eingesetzt werden kann;