DE2351291A1 - Vorrichtung zum messen der intensitaets-differenz zwischen einem referenzlichtstrahl und einem messlichtstrahl einer empfangsschaltung fuer einen photometer mit dualer wellenlaenge - Google Patents
Vorrichtung zum messen der intensitaets-differenz zwischen einem referenzlichtstrahl und einem messlichtstrahl einer empfangsschaltung fuer einen photometer mit dualer wellenlaengeInfo
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Description
PATENTANWALTe
Dlpl.-lng. P. WIRTH ■ Dr. V. SCHMIED-KOWARZifl ^ § ! 4 9 I
Dlpl.-lng. G. DANNENBERG · Dr. P. WElNHOLD · Dr. D. GUDEL
281134 β FBANKFURTAM MAIN
9.10,1973 Gu/gra
Baxter Laboratories,Inc.
Morton Grove,111.
USA
Vorrichtung zum Messen der Intensitäts-Differenz zwischen einem Referenzlichtstrahl und einem Meßlichtstrahl
einer Empfangsschaltung für einen Photometer mit dualer Wellenlänge«,
Die Erfindung betrifft eine Empfangsschaltung für ein
Photometer, insbesondere für ein Photometer mit dualen Wellenlängen..
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für ein, Photometer mit dualer Wellenlänge vorzuschlagen,
einem die zum Messen der Differenz zwischen/Referenzlichtstrahl
und ein/Meßlichtstrahl, die auf das photoempfindliche Element
des Photometers auftreffen, dient8 wobei die Vorrichtung
auf verhältnismäßig einfache Weise ausgebildet ist und preisgünstige
Bauteile aufweist sowie klare und zuverlässige kontinuierliche Angaben der Differenzen in der Helligkeit
von Referenz- und Meßlichtstrahl anzeigt s während die
Lichtstrahlen durch einen Probebehälter während eines Experiments oder einer Untersuchung hindurchgeführt werdeno
409817/0 8-5 S
Weiterhin schlägt die Erfindung eine Empfangsschaltung für Photometer mit dualer Wellenlänge vor, die · ökonomisch
ausgebildet ist, im Betrieb stabil ist und die auf einfache
Weise ausgeglichen und eingestellt werden kann.
Darüber hinaus schlägt die Erfindung eine parallelarbeitende
Rechenschaltung für einen Photometer mit dualer Wellenlänge vor, die übereinstimmende gleichförmige Gleichstromspannungen
erzeugt, von einer Testorofoe
/ welche aie entsprechenden HelligReiten üer/aüsgenenden parallelen
Referenz- und Meßlichtstrahlen repräsentieren. Die Schaltung besitzt eine Einrichtung zum kontinuierlichen
Aufrechnen und Anzeigen der Differenz in der Amplitude der gleichförmigen Gleichstromspannungen, wodurch ein kontinuierliches
Anzeigen der Helligkeitsdifferenz zwischen den parallelarbeitenden Referenz- und Meßlichtstrahlen erfolgt.
Weitere wichtige Merkmale der Erfindung werden in dem folgenden
Ausführungsbeispiel näher erläutert.^ Es zeigt: —FigΛ schema"tisch.- ein B-lockdiagramm einer Empfangsschaltung
for exHi . Photometer mit dualer Wellenlänge nach der
Erfindung mit einer Rechen- und Anzeigeeinrichtungj
Fig.2eln Diagramm, in dem die Wellenformen zum Auslösen und
_. %-nehronisieren der Pulse gezeigt sind, die von ,den
Schältungsteilen für die Synchronisation und die Zeiteinstellung
der Schaltung nach Fig. 1 abgeleitet werden.
In den Zeichnungen ist eine Röhre 22 eines Photovervielfältigers
""eines Photometers mit Hualer Wellenlänge gezagt, yie : '■-.
& , ύοϊι VKLowey et al
b S 4^
, Koey et er beispielsweise in d?r US-Patentanmeldung 291,04^ vom 21.9.
1972 beschrieben ist, In einer derartigen Vorrichtung eines
Photomoters sind parallelarbeitende monochromatische Strahlen mit" einem Ref erenzs'trahlenbündel einer Wellenlänge
i ^ und einem Meßstrahl einer anderen 9 in der Nähe loggenden
Wellenlänge ^y, aufeinanderfolgend durch eine Prcb'eküvette
gerichtet, und zwar unter einer vorbestimmten Wiederholungsrate <,
und die erhaltenen austretenden Strahlen treffen auf die Röhre
22 ■ des Photovervielfältigers „ Die Probeküvette 11 kann Blut ·
ο.dgl. enthalten, das einer Titration ausgesetzt wird, wie
beispielsweise einer Behandlung mit einem sauerstoffanreichernden Reagens, in dem die Differenz in der Katerialabsorption der
beiden Wellenlängen ^ R und ^ M sich während der Behandlung
verändert." ■".,',.
R und ^jyj sind verhältnismäßig
nahe beieinander, so daß die von deg^ellenlänge abhängigen
Lichtstreuungseffekte praktisch bei/beiden Wellenlängen identisch sind. Diese beiden Wellenlängen können von einem
Diffenrentialspektrum zweier chemischer Zustände des getesteten Material erhalten werden, wobei eine Wellenlänge (Xj^) eine
Wellenlänge ists bei der im wesentlichen kein Unterschied in
der Absorption zwischen behandeltem und unbehandeltem Testmaterial auftritt (beispielsweise zwichen mit Sauerstoff
angereichertem Blut und Blut, dem Sauerstoff entzogen wurde), und die andere Wellenlänge (λ ^) ist eine in der Nähe befindliche
Wellenlänge, bei der βΐμβ maximale Differenz in der
Absorption zwischen behandeltem und unbehandeltem Material besteht. In den in der zuvor genannten US-Patentanmeldung
genannten Fällen beträgt ^ R 448 mn und X^ 439 nm. In diesem
typischen Beispiel wird eine Sauerstoff-Dissoziationskurve erhalten, die eine progressive Sauerstoffanreicherung zeigt,
welche für. eine. Blutprobe charakteristisch ist.
Es können verschiedene Einrichtungen zum physikalischen Erzeugen der Wellenlängen A ^ und p^ ^ verwendet werden, beispiels
weise eine drehbare, paralellarbeitende Filterscheibe, wie sie z.B. in der zuvor genannten US-Patentanmeldung 291,046 beschrieben
ist, oder beliebige andere geeignete parallelarbeitende Duochromatoren, die einen konstanten Phasenabstand zwischen
Rerenzstrahlen und Meßstrahlen gewährleisten.
Die von der Röhre 22 .des Photovervielfältigers erhaltenen Signale
werden durch einen Verstärker 30 einem logarithmischen Verstärker 31 zugeführt, und zwar durch in geei.gnster Weise ausgelöste
elektronische Schalteinrichtung 32 und 33, so daß diese
den Eingang des Verstärkers 31 im wesentlichen synchron mit den
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Referenz- und Meßlichtstrahlen erreichen. Die erhaltenen
logarithmischen Ausgargs3ignale von dem Verstärker 31 werden
durch entsprechende ähnlich ausgelöste elektronische Schalteinrichtungen 34 und 35 an entsprechende integrierendeGleichlauf-
und Halte schaltungen ,„,,,.,,.■ . j. \
/ yS und 3? C Track and Hold" Circuits) gegeben, die
korrespondierende gleichförmige Gleichstromspannungen erzeugen, welche die logarithmischen Ausgangsignale repräsentieren,
die gleichzeitig den beiden Eingänge! eines Differential-
starkers
Verstärkers 38 zugeführt werden. Das Ausgangssignal des Ver/ 38, das im wesentlichen die Differenz zwischen den gleichförmigen
Gleichstrom-Eingabesignalen von den Schaltungen 36 und 37 enthält,. wird durch einen variablen einstellbaren Dämpfer
39 einer geeigneten Anzeigeeinrichtung 40, beispielsweise einer Meßeinrichtung oder einem Aufnahmegerät.zugeführt.
Der getriggerte Schaltungszweig ,. der den elektronischen
Schalter enthält, um den Schalter synchron mit der Belichtung der Küvette 11 durch den' J^ M -Meßstrahl zu schließen, ent-
--hält -ebenfalls-eine variable Dämpf einrichtung 41, um &n geeigneter
V/eise die dem Verstärker 31 zu Beginn der Untersuchung zugeführten Signale auszugleichen.
iJm-die-fehlende Linearität in der Empfangschärateristik der
Röhre' 22 des Photovervielfältigers zu. kompensieren, wird dessen Dynodenspannung in Übereinstimmung mit der gleichförmi-
- gen Gleichstromspannung gebracht, die am Ausgang . der integrierenden
Schaltung 36 besteht. Somit wird die Abgabespan-
" nung der Schaltung 36 mit einer Referenzspannung in einem
Differentialverstärker 42 verglichen, und das Ausgangs signal des Verstärkers 42 wird in herkömmlicher Weise dazu verwendet,
die Ausgangsspannu/einer Hochspannungsquelle 43 zu justieren, die die Dynodenspannung des Photovervielfältigers herstellt.
Dieser Vergleich wird durch die Verbindung des Ausgangs der Schaltung 36 durch eine Leitung 44 mit einem der Ein- . . ■
gänge·' des Differentialverstärkers 42 erhalten (vgl. Fig.1).
Die integrierende Schaltung 36 wird wie folgt betätigt. Ein Signal vom Ausgang des logarithmischen Verstärkers 3'1 ver-
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läuft durch einen Widerstand 45 und den Feldeffekttransistor 34 zu eine.m Einga-rng eines Verstärkers, und das verstärkte
Signal erscheint an einem Ausgang 47 eines . · Verstärkers 46. Ein zwischen dem Eingang 48 und dem
Ausgang 47 verbundener Kondensator 49 wird mit Gleichstromspannung aufgeladen, die derjenigen Spannung des Eingangs-Ausgangs-Spannungsabfalls
entspricht. Ein Äbgabewiderstand ist über den Kondensator 49 durch den Feldeffekttransistor
verbunden, so daß der Kondensator seine Spannung mit den veränderten Spannungen der Eingangssignale justiert, wobei
das Auslösen des Feldeffekttransistors 34 mit den Eingangssignalen synchronisiert ist. Somit erscheint eine.gleichförmige
Gleichstromspannung· am Ausgang 47, die derjenigen
Spannung des Eingangssignales am Eingang 48 entspricht,
und diese gleichförmige Gleichstromspannung wird aufrechterhalten, bis das nächste Auslösen des Feldeffekttransistors
erfolgt, wobei zu diesem Zeitpunkt dessen Wert verändert sein kann, und zwar infolge einer unterschiedlichen Spannung
des nächsten Eingangssignäls. Die integrierende Schaltung 37 ("Track and hold") wird in derselben Weise betätigt.
Eine geeignete Einrichtung 53 zum Tasten der Impulse ist vorgesehen,
beispielsweise ein Pulsgenerator 53, der in geeigneter Weise mit dem mit ihm verbundenen parallelen Duochromator
-synchronisiert ist, wie es beispielsweise in der zuvor erwähnten
US-Patentanmeldung 291,046 beschrieben ist. Der synchronisierte Pulsgenerator 53 erzeugt ein Signal 1, das
.mit .^ R synchronisiert und einer Leitung 55 zugeführt wird,
die zum Eingang einer Kette von monostabilen Oszillatoren D,E führt. Das Signal 1 erzeugt ein rechteckiges Signal 56
im monostabilen Oszillator D von einer Dauer, die ausreicht, ein schmales Signal 2 im monostabilen Oszillator E zu genau
dem Zeitpunkt zu erzeugen, zu dem die Meß-Wellenlänge 1 M
der Küvette 11 zugeführt wird.
Somit wird das erste schmale Signal 1 bei tQ und das zweite
schmale Signal 2 bei t^, erzeugt s und zwar in Synchronisation
mit dem K M - Strahl nach Fig. 1. Dieser Zyklus wird bei
~~': .. 40 9817/0856
te usw. wiederholt, und zwar in Übereinstimmung
mit den sich wiederholenden parallelliarbeitenden Strahlen
ο und J^ M, die durch die Küvette 11 verlaufen. Infolgedessen
werden die korrespondierenden Signale R und M nach Fig.1 durch die Röhre 22 des Photovervielfältigers erzeugt, dessen
Amplituden mit der Helligkeit der auf die Röhre auftreffenden Lichtstrahlen übereinstimmen.
Die Pulse 1 und 2 sind durch Zeitintervalle voneinander entfernt, die der zeitlichen Entfernung der sich wiederholenden
Strahlen λ R und A M entsprechen. ·
Die Leitung 55, die das Signal 1 trägt, ist mit der Auslöseelektrode
der Feldeffekttransistoren 32 und 34 verbunden, so daß
diese Transistoren leitend gemacht werden, und zwar gleichzeitig mit dem Vorhandensein der Referenzwellenlänge \ R , in der
die Küvette 11 enthaltenden optischen Bahn. Hierdurch wird die Abgabe des Verstärkers 30.mit der Eingabe des logarithmischen
Verstärkers 31 verbunden und gleichzeitig die Abgabe des Verstärkers 31 mit der Schaltung 36, die die zuvor erwähnte
gleichförmige Gleiehstromspannung am Ende 47 herstellt, und die mit einem der Eingänge . des Differentialverstärkers 38
verbunden ist.
Eine Leitung 581eitet das Signal 2 und ist mit der Auslöseelektrode
der Feldeffekttransistoren 33 und 35 verbunden, so daß diese Transistoren ihrerseits leitend werden , und zwar
. gleichzeitig mit-dem Vorhandensein der Meßlichtwellenlänge}^,
in der die Küvette 11 enthaltenden optischen Bahn. Hierdurch wird in entsprechender Weise der Ausging des Verstärkers 30 mit
dem Eingang des logarithmischen Verstärkers 31 und gleichzeitig der Ausgang des Verstärkers 31 mit der Scfcitung 37, die die
. gleichförmige Gleichstromspannung an einem Ausgang· 59 herstellt, verbunden, und zwar entsprechend der Reaktion der
Röhre 22 des Photovervielfältigers auf die Meßwellenlänge, die dejm anderen Eingang des Differentialverstärkers 38
zugeführt wird.
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Es ist offensichtlich, daß die beschriebene Vorrichtung als kontinuierlicher Demodulator wirkt, um eine gleichförmige
Gleichstromspannung herzustellen, die den Absorptionsunterschied zwischen Referenzstrahl ^ R und
dem Meßstrahl \ « entspricht, und zv/ar während die Strahlen
aufeinanderfolgend durch die Küvette 11 geführt werden.
Durch den variablen Dämpfer 39 « der in Verbindung mit einem-1'
optischen *'■-'» &
bekannten/Dichifiiilter o.dgl. verwendet werden kann, kann eine
Gesamteichung der bekannten Absorption zwischen der Quelle für den Referenzstrahl \ R und der Küvette 11 erfolgen, wobei
die Küvette leer ist.
Im voraufgehenden wurde eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung beschrieben; es ist jedoch
selbstverständlich, daß Abänderungen hiervon möglich sind, ohne daß das Wesen der Erfindung berührt wird.
Wichtig für die Erfindung ist, daß eine Vorrichtung zum Messen der Differenz in der Helligkeit zwischen periodisch sich
wiederholenden Referenzlichtsignalen und Meßlichtsignalen unterschiedlicher Wellenlänge, die die Röhre eines Photovervielfältigers
erreichen, vorgesehen ist, wobei die Vorrichtung alternativ geschaltete Schaltungen zum Erzeugen
einer beständigen Spannung aufweist, die mit den Lichtsignalen synchron geschaltet sind, und übereinstimmende
gleichförmige Gleichstromsignale erzeugen, deren Amplituden der Helligkeit der Lichtsignale entsprechen, die den
jeweiligen Eingängeieines Differentialverstärkers zugeführt
werden.Der Ausgang . des Differentialverstärkers ist daher ein beständiges Signal, das die Differenz in der Helligkeit
zwischen den Referenzsignalen und den Meßlichtsignalen darstellt.
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Claims (1)
10.10.1973 Baxter laboratories,Inc.
Ansprüche
1. Vorrichtung zum Messen der Intensitäts-Differenz
zwischen aufeinanderfolgenden und mit einer vorbestimmten Rate sich wiederholenden Referenz- und Meßstrahlen,
gekennzeichnet durch
eine photoempfindliche Einrichtung (22) zum Aufnehmen der Strahlen und zum Erzeugen von jeweils aufeinanderfolgenden.,
der Intensität und Dauer der Strahlen
•entsprechenden elektrischen Empfangsimpulsen, ferner, durch Einrichtungen (36,37 ) zum Erzeugen
von jeweils im wesentlichen übereinstimmenden, gleichförmigen
Signalen, deren Amplituden mit den Empfangssignalen korrespondieren, und durch eine Einrichtung
. (40) zum Messen der Differenz in den Amplituden der gleichförmigen Signale.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ---daß die - Einrichtung-zum-Erzeugen der jeweiligen gleichförmigen
Signale und zum Messen der Differenzen in deren
— Amplituden-einen-Differenzverstärker (-38-)-besitzt,
ferner mit den Eingängen des Verstärkers verbundene Einrichtungen (36,37) zum Erzeugen der jeweiligen
. ._..^gleichförmigen Signale, entsprechende Schaltungen (32,33) zum wirksamen Verbinden
der photoempfindlichen Einrichtung "(22) mit den Einrichtungen (36,37), eine Einrichtung
zum Verbinden oder Verschlüsseln der Einrichtungen (36,37) unter einer vorbestimmten Rate
und eine mit dem Ausgang des Differentialverstärkers
(38) verbundene Anzeigevorrichtung (4O)1 '
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (36) einen periodisch mit derselben
Rate wie der Referenzstrahl arbeitenden Synchrongenerator besitzt ,ferner eine Schaltung , die
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in
den Synchrongenerator mit der Einrichtung (36)/wirksamer
Weise verbindet, sowie eine Einrichtung zum Betätigen der anderen Einrichtung (37) nach einer
dem Zeitabstand zwischen Referenzlichtstrahl und Meßlichtstrahl
entsprechenden zeitlichen Verzögerung,
4. ■ Vorrichtung nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zum Betätigen, der Schaltung
0 abgestimmten
(37) eine Schaltung zum zeitlich/. Erzeugen eines ..Signals aufweist, die mit dem Ausgängssignal nach
einer dem Zeitabstand zwischen Referenzlichtstrahl und Meßlichtstrahl entsprechenden zeitlichen Verzögerung
nach Abgabe des. Signals verbunden ist, eine Schaltung zum wirksamen Verbinden des Ausgangs der
Einrichtung mit der anderen Schaltung.
5. Vorrichtung, naph -Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß ein/logarithmischer Verstärker (31) zwischen der
photoempfindlichen Einrichtung (22) und den Einrichtungen (36,37) zum Erzeugen gleichförmiger Signale
vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils zusätzliche Zweigschaltungen (32,33) für die Referenzlichtstrahlen und die Meßlichtstrahlen
zwischen der photoempfindlichen Einrichtung (22) und dem logarithmischen Verstärker (31) verbunden sind,
wobei eine der zusätzlichen ZweigachaJ.tuneen (33)
oder^Äbschwaclier % "
einen einstellbaren Dämpfer/(4i) aufweist, und daß
Einrichtungen (34S35) vorgesehen sind, die- die zusätz-
- liehen Zweigschaltungen (32S33) mit den Einrichtungen
(36S37) synchron schalten«
7. · Vorrichtung nach Anspruch 2} dadurch gekennzeichnet,
daß jede der die gleichförmigen Signale erzeugenden
"""" 4098Ί7/Ό8 56
Einrichtungen (36,37) einen Verstärker (46) aufweist, daß die zugehörigen Schaltungen (34,35)
einen mit dem Eingang des Verstärkers verbundenen elektronischen Schalter (34) besitzen,der in Reihe mit dem
Eingang des Verstärkers liegt, und daß ein parallel geschalteter Widerstand (45) mit einem Kondensator
(49), die durch den elektronischen Schalter parallel
verbunden sind, vorgesehen sind, wobei der Kondensator direkt an die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse des
Verstärkers angeschlossen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Zweigschaltungen für die
Referenzr—--strahlen und die KeQ-. —strahlen zwischen
der photo empfindlichen Einrichtung (22) und der Einrichtung (36) verbunden sind, und daß Schaltungen
vorgesehen sind, die die geweiligen zusätzlichen Zweigschaltungen synchron mit der Einrichtung
(36)sshalten.
Der Patentanwalt:
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| DE2351291A1 true DE2351291A1 (de) | 1974-04-25 |
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ID=23145625
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|---|---|---|---|
| DE19732351291 Withdrawn DE2351291A1 (de) | 1972-10-13 | 1973-10-12 | Vorrichtung zum messen der intensitaets-differenz zwischen einem referenzlichtstrahl und einem messlichtstrahl einer empfangsschaltung fuer einen photometer mit dualer wellenlaenge |
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