DE2417304A1

DE2417304A1 - Rechenvorrichtung

Info

Publication number: DE2417304A1
Application number: DE2417304A
Authority: DE
Inventors: Gianfranco Corsi; George Michael Watson
Original assignee: JOYCE LOEBL Ltd
Current assignee: JOYCE LOEBL Ltd
Priority date: 1973-04-09
Filing date: 1974-04-09
Publication date: 1974-10-17
Also published as: US3943341A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. 3ANDMAIR

PATENTANWÄLTE
8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 45

Anwaltsakte 24 951 9· April 1974

Joyce - Loebl Limited
Team Valley, Gateshead, Nell Ouj/Grossbritannien

Re chenvorr i chtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rechenvorrichtung zum Erzeugen eines digitalen Ausgangssignals, das zu dem Größenverhältnis von zwei analogen Eingangssignalen, multipliziert mit einem vorbestimmten numerischen Faktor, proportional ist.

Eine solche Rechenvorrichtung ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch einen Impulsgenerator, welcher

der Reihe nach jedes der analogen Eingangssignale em-409842/091 4

VII/ME/can ^% · „

pfängt und Impulse mit einer Frequenz erzeugt, die zu der Größe des Eingangssignals proportional ist, durch einen mit dem Impulsgenerator verbundenen Zähler, der die aus demselben empfangenen Impulse zählt, durch eine Zeitmeßeinrichtung zum Messen der Zeit,- die seit dem Beginn eines Zählvorganges des Zählers vergangen ist, durch einen Speicher zum Speichern des Wertes der durch die Zeitmeßeinrichtung gemessenen vergangenen Zeit, wenn während des Eingehens von einem der beiden analogen Eingangssignale in den Impulsgenerator der Zählerstand einen Wert erreicht, der gleich dem vorbestimmten numerischen Faktor ist, und durch Einrichtungen zum Rückstellen des Zählers, wobei der Zähler das verlangte Ausgangssignal liefert, wenn während des Eingehens des anderen analogen Eingangssignals in den Impulsgenerator die seit dem Beginn des Zählvorganges vergangene Zeit gleich dem in dem Speicher festgehaltenen Wert ist.

Zweckmäßig enthält die Zeitmeßeinrichtung einen weiteren Impulsgenerator, der Impulse mit fester Frequenz an einen weiteren Zähler liefert, und der Speicher empfängt einen aus dem weiteren Zähler übertragenen Zählerstand.

Vorzugsweise kann der vorbestimmte numerische Faktor in Abhängigkeit von einer manuellen Eingabe in die Vorrichtung geändert werden.

409842/0914

Die analogen Eingangssignale können/ beispielsweise, die Gesamtmasse von Protein bzw. Massen von einzelnen Proteinen darstellende Spannungssignale sein, die aus einer fotometrischen Abtastung eines Elektrophoresestreifens gewonnen werden, den man bei einer Elektrophoreseauswertung einer Proteinprobe erhält.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 2 ein Diagramm eines elektrischen Spannungssignals, welches aus einer fotometrischen Abtastung einer Proteinelektrophoreseprobe gewonnen wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist Teil einer Anlage zum Berechnen einzelner Proteinmassen aus einer Probe, die einem Elektrophoreseverfahren ausgesetzt ist. Die Anlage enthält eine herkömmliche fotometrische Vorrichtung zum Abtasten eines Elektrophoresestreifens und zum Erzeugen eines Spannungssignals, welches zu der Lichtextinktion jedes Teils der Probe proportional ist, wenn diese durch das Lichtbündel der fotometrischen Vorrichtung hindurchgeht. Eine typische Form des erzeug-

- 4 A 0 98/+7/0914

.ten SpannungssignaIs ist in Fig. 2 gezeigt. Jeder Scheitelpunkt 2 entspricht dem Vorhandensein eines einzelnen Proteins auf dem-Elektrophoresestreifen. Die Anlage enthält außerdem eine Integriervorrichtung zum Messen der Fläche unter jedem Scheitelpunkt der Kurve, z.B. die in Fig. 2 schraffierte Fläche 4, und der Gesamtfläche unia: der Kurve und zum Erzeugen von Spannungen, die zu diesen Flächen proportional sind. Diese Flächen sind zu den Massen von einzelnen Proteinen bzw. der Gesamtmasse der Proteinprobe proportional. Folglich, wenn die Integriervorrichtung eine Spannung V.. , die zu der Gesamtfläche unter der Kurve proportional ist, und eine Spannung V„ erzeugt, die zu der Fläche unter einem einzelnen Scheitelpunkt proportional ist, und wenn die gesamte Proteinmasse (die in irgendeiner geeigneten Weise gesondert gemessen werden kann) N₁ ist, so ist die Masse des durch den Scheitelpunkt dargestellten einzelnen Proteins gegeben durch _v

₂ ^ ₁

Gemäß Fig. 1 enthält die Vorrichtung zum Berechnen des Wertes von N₂.einen freischwingenden Oszillator 10, der Impulse mit einer Frequenz erzeugt, die zu einer an den Oszillator über eine ümschalteinrichtung 11 angelegten Eingangsspannung proportional ist. Diese Impulse werden durch eine Torschaltung 12 einem ersten Zähler 14 zugeführt. Der Zählerstand in dem Zähler 14 wird durch einen Digitalvergleicher 16 mit einer dem Wert N„ entsprechenden

Zahl verglichen, die mit Hilfe eines Mehrstellenschalters 18 von Hand eingestellt werden kann. Bei diesem Schalter kann es sich um einen herkömmlichen Daumenradscharter handeln. Das Ausgangssignal des Vergleichers 16 wird in die Steuerlogik 30 der Vorrichtung eingegeben. Ein Referenzoszillator 20 liefert Impulse mit fester Frequenz durch eine Torschaltung 22 an einen weiteren Zähler 24. Dieser Oszillator arbeitet folglich als ein Referenztaktgeber. Der Zählerstand in dem Zähler 24 wird in einen digitalen Speicher 26 übertragen, und der in dem Speicher 26 gespeicherte .Zählerstand kann mit einem anschließenden Zählerstand in dem Zähler 24 durch einen weiteren Digitalvergleicher 28 verglichen werden, dessen Ausgangssignal der Steuerlogik 30 "zugeführt wird.

Im Betrieb wird der Daumenradschalter 18' von Hand auf eine Zahl eingestellt, die der gesamten Proteinmasse entspricht. Die Spannung V₁, die der Gesamtfläche unter der Kurve von Fig. 2 entspricht, wird durch den Schalter 11 an den Eingang des Oszillators 10 angelegt, nachdem eine Abtastung des Elektrophoresestreifens vollendet und das Gesamtflächenintegral berechnet worden ist. Ein Signal, welches über eine Eingangsleitung 32 der Steuerlogikschaltung 30 zugeführt wird, veranlaßt dieselbe, den beiden Zählern 14 und 24 Rückstellsignale zuzuführen und anschließend die Torschaltungen 12 und 22 zu öffnen, so daß Impulse aus den Oszillatoren den Zählern 14 und 24

4 09842/0 914

zugeführt werden, wobei .die Frequenz der von dem Oszillator 10 gelieferten Impulse zu der Spannung V₁ proportional ist. Wenn der Zählerstand des ersten Zählers 14 einen Wert erreicht hat, der gleich der durch den Daumenradschalter 18 eingestellten Zahl ist, liefert der Vergleicher 16 ein Signal an die Steuerlogik 30, die dann das Schliessen der Torschaltungen 12 und 22 und anschließend das Übertragen des Zählerstandes im Zähler 24 in den Speicher 26 bewirkt. Dieser letztgenannte Zählerstand stellt die Zeit dar, die für die Zählung in dem Zähler 14 benötigt wird, um den durch den Daumenradschalter 18 eingestellten Wert zu erreichen. Diese Zeit ist proportional zu dem Wert

^N1
von -^-.

Danach wird dem Oszillator 10 anstelle der Spannung V₁ die Spannung V« zugeführt und ein durch eine Leitung der Steuerlogik 30 zugeführtes Signal bewirkt, daß dieselbe Rückstellimpulse an die Zähler 14 und 24 abgibt und anschließend die Torschaltungen 12 und 22 öffnet. Auf diese Weise werden den Zählern 14 und 24 durch die Oszillatoren 10 und 20 erneut Impulse zugeführt, wobei die Frequenz der dem Zähler 14 zugeführten Impulse der Spannung Vp proportional ist. Wenn der Zählerstand in dem Zähler 24 gleich dem in dem Speicher 26 gespeicherten Zählerstand wird, gibt der Vergleicher 28 ein Signal an die Steuerlogik ab, welche bewirkt, daß die Torschaltungen und 22 geschlossen werden. Da in diesem Zeitpunkt die Zeit, die seit dem Beginn des Zählzyklus vergangen ist,

- 7 409842/0914

dieselbe Zeit ist, wie die in dem ersten Zyklus vergangene, ist der Zählerstand in dem ersten Zähler 14 in diesem Zeitpunkt gleich
V₂ . ^N1

^V1

Das in diesem Zeitpunkt von dem Zähler 14 abgenommene Aus gangs signal gibt deshalb den gewünschten berechneten Wert an.

Der zweite Zyklus kann mit Eingangsspannungen V₂ wiederholt werden, die aus den anderen Scheitelpunkten der Kurve gewonnen werden; der gespeicherte Wert, welcher angibt, bleibt derselbe.

^N1 ^V1

Wenn der Schalter 18 statt auf eine Zahl, die der gesamten Proteinmasse entspricht, auf eine Zahl eingestellt wird, die dem Faktor 100 entspricht, so ergibt sich als Ausgangs -

^V2
signal der Vorrichtung 100 ' -T₇— , d.h. die einzelne Pro·

^V1

teinmasse ausgedrückt als ein Prozentsatz der gesamten Proteinmasse.

Die beschriebene Rechenvorrichtung kann zusammen mit Vorrichtungen der in der englischen Patentanmeldung Nor. 16836/73 , welche der deutschen Patentanmeldung "Einrichtung zur Darstellung einer Kurve einer Funktion" der gleichen Anmelderin vom gleichen Tage entspricht, vorgeschlagenen Art anstelle von oder zusätzlich zu der darin gezeigten analogen Rechenschaltung verwendet werden. Die in dieser englischen Anmelgung vorgeschlagene Vorrichtung enthält eine Abtast-

- 8 -409842/0914

-S-

vorrichtung zum fotometrischen Abtasten eines Elektrophoresestreifens, eine Schaltung zum Feststellen von Minima oder "Tälern" in einer in Abhängigkeit von der fotometrischen Abtastung erzeugten Spannungskurve und einen Integrator zum Berechnen der Fläche unter jedem Scheitelpunkt der Kurve und der Gesamtfläche unter der Kurve. In diesem Fall kann das Signal der Steuerleitung 32 aus der Abtastvorrichtung entnommen werden. Dieses Signal wird automatisch geliefert, wenn die Vorrichtung eine Abtastung über den Streifen hin in jeder Richtung vollendet hat. Das Signal an der Steuerleitung 34 kann aus der Tal-Detektorschaltung entnommen werden, wobei die Feststellung eines Tals anzeigt, daß soeben ein Scheitelpunkt abgetastet worden ist und daß das Ausgangssignal des Integrators in diesem Augenblick die Fläche unter diesem Scheitelpunkt angibt. Der Schalter 11 kann in gleicher Weise in Abhängigkeit von Steuersignalen aus der Abtastvorrichtung automatisch betätigt werden.

- Patentansprüche -

409842/0914

Claims

Patentansprüche :

^:'X?i Rechenvorrichtung zum Erzeugen eines digitalen Ausgangssignals, das zu dem Größenverhältnis von zwei analogen Eingangssignalen, multipliziert mit einem vorbestimmten numerischen Faktor, proportional ist, gekennzeichnet durch einen Impulsgenerator (10), welcher der Reihe nach jedes der analogen Eingangssignale (V₁, V₂) empfängt und Impulse mit einer Frequenz erzeugt, die zu der Größe des Eingangssignals proportional ist, durch einen mit dem Impulsgenerator verbundenen Zähler (14), der die von dem Impulsgenerator erzeugten Impulse zählt, durch eine Zeitmeßeinrichtung (2O_r 22, 24) zum Messen der Zeit, die seit dem Beginn eines Zählvorganges des Zählers vergangen ist, durch eine Speichereinrichtung (26) zum Speichern des Wertes der durch die Zeitmeßeinrichtung gemessenen vergangenen Zeit, wenn während eines ersten Zählvorganges mit einem der dem Impulsgenerator zugeführten analogen Signale die Zählung in dem Zähler einen Wert erreicht, der gleich dem vorbestimmten numerischen Faktor ist, durch Einrichtungen (30, 32) zum Rückstellen des Zählers und durch Einrichtungen (28), die ein Ausgangssignal liefern, welches gleich der Zählung in dem Zähler i'st, wenn während des anschließenden Eingebens des anderen analogen Signals in den Impulsgenerator die seit dem Beginn eines weiteren Zählvorganges vergangene Zeit gleich dem in der Speichereinrichtung festgehaltenen Wert ist.

- 10 -
2. Rechenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmeßeinrichtung einen zweiten Impulsgenerator (20), der Impulse mit einer konstanten Frequenz erzeugt, und eine Zähleinrichtung (24) zum Zählen der durch den zweiten Impulsgenerator erzeugten Impulse aufweist.
3. Rechenvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähleinrichtung (24) ein zweiter Zähler ist, daß die Speichereinrichtung (26) einen mit dem zweiten Zähler (24) verbundenen gesonderten Speicher aufweist, um den in dem zweiten Speicher festgehaltenen Zählerstand aufzunehmen und zu speichern, wenn der Zählerstand in dem ersten Zähler (14) gleich dem vorbestimmten numerischen Faktor ist, und daß Einrichtungen (30, 22) zum. Rückstellen des zweiten Zählers nach der übertragung des Zählerstandes in den Speicher vorgesehen sind.
4. Rechenvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Digitalvergleicher (28) vorgesehen ist, der mit dem zweiten Zähler (24) und dem Speicher (26) verbunden ist, um ein Steuersignal an eine Steuerschaltung (30) der Vorrichtung abzugeben, wenn während des weiteren Zählvorganges der Zählerstand in dem zweiten Zähler (24) gleich dem in dem Speicher (26) festgehaltenen Wert ist.
5. Rechenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte numerische Faktor in Abhängigkeit von einer manuellen Eingabe in die

- 11 40984?/0914

4Λ

Vorrichtung veränderbar ist.
6. Rechenvorrichtung nach Anspruch 5/ dadurch gekennzeichnet, daß eine manuell einstellbare Vorrichtung (18) zum Speichern des vorbestimmten numerischen Faktors vorgesehen ist.
7. Reehenvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dxgitalvergleicher (16) zwischen die manuell einstellbare Vorrichtung (18) und den ersten Zähler (14) geschaltet ist und ein Steuersignal an Steuerschaltungen (30) der Rechenvorrichtung liefert, wenn der Zählerstand in dem Zähler (14) gleich dem in der manuell einstellbaren Vorrichtung (18) gespeicherten Faktor ist.
8. Rechenvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die manuell einstellbare Vorrichtung (18) ein Mehrstellenschalter ist.
9. Rechenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie für den Empfang von analogen Spannungssignalen ausgelegt ist und daß der Impulsgenerator ein spannungsgesteuerter Oszillator (10) ist.

40984?/0914

Leerseite