DE2421824A1

DE2421824A1 - Verfahren und vorrichtung zur feststellung der mittelamplitude von impulsen bei der teilchenuntersuchung

Info

Publication number: DE2421824A1
Application number: DE2421824A
Authority: DE
Inventors: Edward Neal Doty
Original assignee: Coulter Electronics Inc
Current assignee: Coulter Electronics Inc
Priority date: 1973-05-07
Filing date: 1974-05-06
Publication date: 1974-12-05
Also published as: GB1465750A; AU6869874A; IL44768A; US3863160A; NL7406029A; JPS5017266A; FR2229069B1; CA1028396A; IL44768A0; SE401408B; FR2229069A1; IT1013119B; CH582974A5

Description

Patentanwälte

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Coulter Electronics Limited Harpenden Herts./England

Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung der Mittelamplitude von Impulsen bei der Teilchenuntersuchung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Mitte eines Teilchenimpulses, der bei der Messung mikroskopisch kleiner Teilchen über eine Meßöffnung erzeugt wurde. Man erreicht dadurch eine weitere Erhöhung der Meßgenauigkeit bei der Teilchenanalyse nach dem bekannten Coulter-Prinzip, bei dem die Teilchen elektronisch analysiert werden. Der Grundgedanke des Coulter-Prinzips findet sich in der US-Patentschrift 2 656 508 und wurde in den vergangenen Jahren auf die verschiedenste Weise weiterentwickelt.

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Die US-Patentschrift 3 259 842 beschreibt den kommerzialisierten "Coulter-Zähler", Modell B.

Gemäß dem Coulter-Prinzip erfolgt eine momentane Änderung der elektrischen Impedanz des Elektrolyten im Bereich des klein dimensionierten elektrischen Feldes, wenn ein im Elektrolyten suspendiertes, mikroskopisch kleines Teilchen dieses elektrische Feld passiert,' dessen Abmessungen sich denen der Teilchen annähern. Durch die Impedanzänderung wird ein Teil der Anregungsenergie in die zugehörige Schaltung abgezweigt und bewirkt ein elektrisches Signal. Die Amplitude jedes Signales liefert eine genaue Anzeige des Teilchenvolumens bei biologischen und industriellen Aufgaben.

Gemäß der US-Patentschrift 3 668 531 ist das elektrische Feld auf halbem Wege durch die Meßöffnung, also von Eingang und Ausgang der Meßöffnung am weitesten entfernt, auch am gleichförmigsten und hat dort auch die gleichförmigste Stromverteilung sämtlicher Bahnen durch die Meßöffnung. Je langer die Meßöffnung, desto gleichförmiger ist das Feld an diesem Mittelpunkt. An Eingang und Ausgang der Meßöffnung ist die Stromdichte an den Rändern der Meßöffnung größer und entsprechend auf der Achse der Meßöffnung geringer. Dies läßt sich durch den Hinweis erklären, daß die Strombahnen im Unterschied zur axialen Bahn ebenso von den Seiten der Meßöffnung als auch geradeaus kommen. Die geringere Stromdichte auf der Achse am Eingang und am Ausgang führt zu einem kleineren Augenblicksignal als bei Teilchen, die in die Meßöffnung auf anderen Bahnen ein- und austreten. Das bedeutet, daß die Stromdichte an den Ecken der Meßöffnung größer ist als auf der Achse.

Die US-Patentschrift 3 668 531 untersucht diese Erscheinung der Stromdichte und gibt eine Schaltung zur Erfassung und Messung eines Teilchens an, wenn es sich auf halbem ¥ege durch die Meßöffnung befindet. Diese Schaltung mißt die Amplitude des

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Teilchenimpulses in seiner Mitte, unabhängig davon, ob Impulsspitzen vor oder nach der Impulsmitte liegen. Die Schaltung wird als "Mittensuchschaltung" bezeichnet.

Die Genauigkeit der Messung nach dem Coulter-Prinzip wird ferner durch die Geschwindigkeit von Elektrolyt und Teilchen gegenüber verschiedenen Stellen der "Bahn durch die Meßöffnung beeinflußt. Die Geschwindigkeit der Elektrolytströmung und damit auch der Teilchen ist auf der axialen Bahn etwas größer als auf Bahnen an den Rändern der Meßöffnung oder nicht in der Mitte verlaufenden Bahnen, da die Flüssigkeit, die die Meßöffnung auf der Mittelachse passiert, ihre Richtung nicht ändern muß. Der Strömungswiderstand ist auf der Achse am geringsten, da sie durch eine sich bewegende Flüssigkeitshülle umgeben-ist, die im wesentlichen die gleiche Geschwindigkeit besitzt.

Infolge der Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit ändert sich auch die Impulsdauer. Da jedoch die Teilchen die Meßöffnung in zeitlich willkürlicher Folge passieren, ist auch der Abstand zwischen den Impulsen der Impulsfolge zeitlich ebenso willkürlich oder zufällig.

Infolge der Stromdichteschwankungen in und um die Meßöffnungsbahn können die Teilchenimpulse voneinander in der Form und von der idealisierten, glockenförmigen Impulskurve abweichen, die am Ausgang eines Coulter-Abtastgerätes in der Regel auftritt. In Wirklichkeit sind die Impulse asymmetrisch und besitzen ihren Scheitelwert nicht nur nicht in der Impulsmitte, sondern diese Scheitelamplitude ist auch kein genaues Maß des Teilchenvolumens.

Die Schaltung nach der US-Patentschrift 3 668 531 ist beschränkt. Die Genauigkeit der Schaltung hängt vor allem von

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einer Skalenfaktorjustierung ab, deren Einstellung stark empirisch ist und in weitem Maße von den Abmessungen der Meßöffnung und der Strömungsrate der durchfließenden Teilchensuspension beeinflußt wird. Infolgedessen muß bei einer Änderung der Meßöffnung beispielsweise infolge bestimmter Analysebedingungen oder durch Bruch des Meßröhrchens die Skalenfaktor justierung durch einen Fachmann wieder eingestellt werden. Selbst wenn die Ersatzmeßöffnung die "gleiche" Größe besitzt, sind geringfügige Größen- und Formunterschiede unvermeidlich, die das elektrische Ansprechen mindestens so weit verändern, daß eine Auswertung oder Berechnung der richtigen Einstellung der Skalenfaktorjustierung erforderlich wird. Man ist deshalb bestrebt, die Impulsmittensuchschaltung von der Größe der Meßöffnung unabhängig zu machen.

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden asymmetrische Impulse von willkürlicher Amplitude, Dauer und Folgefrequenz einzeln untersucht und ihre Amplitude wird in der symmetrischen Mitte oder zu einer anderen spezifischen Zeit festgestellt.

Das Verfahren gemäß der Erfindung bezieht sich somit auf die Feststellung der Mittelamplitude von asymmetrischen Impulsen mit willkürlicher Amplitude. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß jeder Eingangsimpuls auf einen festen Prozentsatz der ursprünglichen Amplitude abgeschwächt wird, daß zwei zeitlich versetzte und parallele Kanäle gebildet werden, daß die ursprüngliche und die abgeschwächte Amplitude jedes Impulses verglichen und aus dem Vergleich zwei integrierbare, zeitlich versetzte und einander zugeordnete Signale abgeleitet und für sich auf je einen der beiden Kanäle gegeben werden, und daß die beiden Signale entsprechend ihrer Zuordnung integriert und so zwei Kurvenverläufe gebildet werden, die

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verschiedene Größe haben und infolge ihrer zeitlichen Verschiebung sich bei einer mittleren Zeit schneiden, die zur Abtastung des Eingangsimpulses zur Gewinnung seiner Mittelamplitude geeignet ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist gekennzeichnet durch Mittel zur Abschvächung jedes Eingangsimpulses auf einen festen Prozentsatz seiner ursprünglichen Amplitude, durch Mittel zur Erzeugung zveier zeitlich versetzter, paralleler Kanäle, durch an die Kanäle angeschlossene Mittel zum Vergleich der ursprünglichen und der abgeschwächten Amplitude jedes Impulses und zur Ableitung zveier einander in der Fläche zugeordneter und zeitlich verschobener, integrierbarer Signale, die für sich auf je einen der beiden Kanäle gegeben werden, und durch Mittel zur Integration der beiden Signale entsprechend ihrer Flächenzuordnung zur Bildung zveier Kurvenverläufe von unterschiedlicher Größe, die sich infolge der zeitlich verschobenen Kanäle bei einer Mittelzeit schneiden, die zur Abtastung des Eingangsimpulses zur Gevinnung ssLner Mittelamplitude geeignet ist·

Zur ausführlicheren Erläuterung der Erfindung vird auf die beiden in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele Bezug genommen. Darin zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm dreier Teilchenimpulse von drei Teilchen gleichen Volumens beim Fassieren der gleichen Meßöffnung auf drei verschiedenen Bahnen,

Fig. 2 ein Schaltschema einer Impulsmittensuchvorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 ein Schaltschema einer etwas modifizierten Impulsmittensuchvorrichtung und

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Fig. 4 ein Diagramm mit einer Reihe von Rurvenverläufen eines Teilchenimpulses und von abgeleiteten Signalen und Impulsen an verschiedenen Stellen der Schaltscheaas nach Fig. 2 und 3 während des Betriebes der Vorrichtung.

Zur deutlicheren Hervorhebung sind in Fig. 1 drei Teilchenimpulse 10, 12 und 14 stark vergrößert wiedergegeben. Diese drei Impulse repräsentieren drei verschiedene Teilchen von gleichem Volumen, die eine typische Coulter-Meßöffnung auf drei verschiedenen Bahnen passiert haben. Theoretisch müßten diese dbei Impulse gleiche Form und Länge besitzen. Sie süßten glockenförmig sein und eine einzige, abgerundete Spitze in der Mitte t. ihrer zeitlichen Länge besitzen. Diese einzige und in der Mitte liegende Spitze wäre in der Amplitude dem Volumen des Teilchens proportional.

Vie man ohne weiteres aus Fig. 1 erkennt, erfüllt keiner der Impulse 10, 12 oder 14 sämtliche dieser Kriterien. Zur Erläuterung für die verschiedenen Impulsformen wird auf die US-Patentschrift 3 668 531 verwiesen. Der Impuls 10 zeigt die tatsächliche Form des idealen Impulses, wie sie von einem * Coulter-Meßgerät geliefert wird. Der Scheitelwert 16 gibt das Teilchenvolumen, das zu diesem Impuls führte, genau wieder. Dieser Scheitelwert 16 tritt zum Zeitpunkt t,- auf, der ca. 60 Jt der Dauer von t_Q bis t_g beträgt. Zum Zeitpunkt t₅ hat das.den Impuls 10 erzeugende Teilchen die Hälfte des Weges durch den Meßbereich oder das Meßfeld der Coulter-Meßöffnung passiert.

Der Impuls 12 weist zwei Scheitelwerte 18 und 20 auf, die den Scheitelwert 16 erheblich überschreiten. Theoretisch dürfte die höchste Amplitude des Impulses 12 nicht über der Amplitude 16 liegen. Selbst der niedrigste Punkt zwischen den Scheitelwerten 18 und 20 des sattelförmigen Impulses 12 hat eine

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zu große Amplitude, um das Volumen seines Teilchens genau viedergeben zu können. Trotzdem ist die Amplitude des Impulses 12 zwischen den Zeitpunkten t. und t,- weitaus exakter, als die Messung des Teilchenvolumens zu jedem anderen Zeitpunkt. Ebenso hat auch der oben fast flache Impuls 14 eine zu große Amplitude, die jedoch nach dem symmetrischen Zeitpunkt t« eine kleine Einsattelung besitzt·

man einen Zeitpunkt wählen will, an dem die meisten Teilchenimpulse eine Amplitude haben, die ihr Volumen am genauesten wiedergibt, so muß man eine Zeit zwischen t. und t,- wählen· Der Impuls 12 ist stark übertrieben dargestellt. Der Zeitpunkt der Mittelamplitude oder der Zeitpunkt, der das Teilchenvolumen am besten angibt, liegt näher bei t₅ als bei t*» Unter Bezug auf die Fig. 2 und 3 wird die Wahl der Mittelamplitudenzeit und die Gewinnung der Mittelamplitude zu diesem Zeitpunkt noch erläutert, wozu in den Kurvenverläufen nach Fig. 4 die Zeitpunkte t_fi und t₅ besonders gezeigt sind.

In Fig. 2 ist ein Impulsgenerator 22 als Quelle asymmetrischer Impulse dargestellt, etwa der Impulse 10, 12 und 14, die eine zufällige Amplitude besitzen. Der Impulsgenerator kann eine Coulter-Teilchenmeßeinrichtung sein. Die Impulse besitzen eine zufällige oder willkürliche Amplitude, die dem Volumen der zugehörigen Teilchen proportional ist· Typisch ist eine Erzeugung mehrerer Pausen Teilchenimpulse pro Sekunde mit ebenso willkürlidsm Abstand zwischen diesen. Der Ausgang des Impulsgenerators führt zu einem Impulsdehner 24 und zu einem ersten Verzögerungselement 26. Der Ausgang des Impulsdehners 24 liegt an einem Abschwächer 28 und der Ausgang des ersten Verzögerungselementes 26 an einem zweiten Verzögerungselement 30.

Gemäß Fig. 2 und 4 tritt ein sattelförmiger, zu analysierender Impuls, wie der Impuls 12 in Fig. 1, in der Vorrichtung nach

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Fig, 2 dreimal auf, je einmal am Ausgang des Generators 22, des ersten Verzögerungselementes 26 und des zweiten Verzögerungselementes 30. Fig. 4 zeigt diese drei sattelförmigen Kurven 22', 26· und 30'. Der Impulsdehner 24 kann so ausgeführt sein, daß er dem Impuls 22· bis zur maximalen Amplitude folgt und diese Amplitude dann beibehält bzw. dehnt, wie dies die gestrichelte Linie 24' zeigt. Der Abschwächer 28 kann ein einfacher Spannungsteiler mit Widerständen 32 und 34 sein. Wenn diese Widerstände gleich groß sind, so reduziert der Abschwächer die gedehnte oder gestreckte Impulsamplitude 24' auf 50 % ihrer Amplitude, wie dies der Verlauf 28* durch die Impulse 22', 26· und 30' zeigt. Unabhängig vom Teilchenvolumen und der zugehörigen Amplitude seines Teilchenimpulses ist die Amplitude des Kurvenverlaufes 28* immer der gleiche, bekannte Prozentsatz der maximalen Amplitude jedes Teilchenimpulses. Dadurch wird bei Verwendung der Kombination aus dem Impulsdehner 24 und dem Abschwächer 28 die Erfindung unabhängig von willkürlichen oder zufälligen Amplituden. Wenn der Impuls 22* begrenzt oder gekappt ist oder wenn der Kurvenverlauf 28' unabhängig von der Amplitude des bestimmten Teilchenimpulses auf einem bestimmten Wert gehalten wird, so ist jedoch der Amplitudenpegel 28' nicht unabhängig von den Amplitudenunterschieden zwischen den Tausenden von Teilchenimpulsen.

Wenn man nur von zufälligen Amplituden unabhängig sein will, so könnte man den Abschwächer so ausführen, daß er einen Pegel 28* liefert, der in einem passenden Amplitudenbereich für die nachfolgenden Schaltungselemente liegt und der resultierende, feste Prozentsatz der maximalen Amplitude wäre eine Folge dieses passenden Bereiches. Der Abschwächer 28 gestattet jedoch auch die Verarbeitung asymmetrischer Impulse, in dem die Asymmetrie durch die auf den Abschwächer folgenden Schaltungselemente wesentlich reduziert wird. Es wurde festgestellt, daß asymmetrische Impulse, insbesondere solche nach Fig. 1,

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wie sie ein Coulter-Meßgerät liefert, erheblich symmetrischer sind, wenn die Messung in Bezug auf ihre halbe Amplitude erfolgt. So besitzt beispielsweise der Impuls 10 in Fig. 1 seine halbe Amplitude zu den Zeitpunkten t„ und t_g, wobei der Scheitelwert 16 viel näher am Mittelpunkt zwischen t„ und tg liegt, als der 60 &-Wert, den t₅ gegenüber den Zeitpunkten t_Q und t₉ hat. Ebenso liegt der Impuls 12 zwischen den Zeitpunkten t- und to über seiner halben Amplitude und ist um den Zeitpunkt tg symmetrischer. Das gleiche kann man für den Impuls 14 feststellen, der seine halbe Amplitude zwischen den Zeitpunkten t₂ und tr, erreicht. ·

Der Ausgang 28· des Abschwächers 28 geht zu einem Eingang von zwei Komparatoren 36 und 38. Der Ausgang 26· des ersten Verzögerungselementes 26 liegt am anderen Eingang des ersten !Comparators 36, während der Ausgang 30· des zweiten Verzögerungselementes 30 an den anderen Eingang des zweiten !Comparators 38 angeschlossen ist. Die Komparatoren führen in an sich bekannter Weise einen Ausgang, der seinen Stand ändert, wenn die beiden Eingänge gleich sind. In vorliegendem Fall hat, wie bei Fig. 1 ausgeführt, der Impuls 12 seine halbe Amplitude bei den Zeitpunkten t.j und tg. Die Komparatoren 36 und 38 schalten deshalb äusgangsseitig (unter Vernachlässigung der bewirkten Zeitverzögerungen) zu den Zeitpunkten tj und tg (Fig. 4)hinsichtlich der Signale 36· und 38·. Zwischen den Zeitpunkten tj und tg sind diese Ausgänge konstant. Wenn die Komparatoren 36 und 38 mit schnellen Übergangszeiten arbeiten, zeigen die Signale 36* und 38' den gezeigten rechteckigen Verlauf. Außerdem werden die Komparatoren so angepaßt, daß die Amplituden der Signale 36· und 38· gleich sind. Da auch die Länge bzw. Zeitdauer der beiden Signale 36' und 38· gleich ist, ist auch die Fläche unter diesen Signalen gleich.

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In Fig· 4 sind die Impulse 22·, 26· und 30· so weit verzögert, daß sie vollständig getrennt sind. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich und führt außerdem zu einem Zeitverlust bei der Verarbeitung von Tausenden von Teilchen einer Probe. Die vom Element 26 bewirkte Zeitverzögerung muß nur so lang sein, daß der Impuls 22· seinen Scheitelwert erreicht, bevor der verzögerte Impuls 26* seine halbe Amplitude zum Zeitpunkt t- erreicht. Eine Zeitverzögerung etva um die Hälfte der maximalen Impulsdauer durch das erste Verzögerungselement 26 genügt in der Segel« Die Zeitverzögerung durch das zweite Verzögerungselement 30 soll mindestens die halbe Dauer des Signales 36* erreichen, d.h. (tg-t..)/2. Im folgenden wird dies noch ausführlicher erläutert.

Zwei Integratoren 40 und 42 sind entsprechend an die identischen Ausgänge 36* und 38 der beiden Komparatoren angeschlossen und erzeugen den typischen Kurvenverlauf 40· und 42'. Ein Abschwächer 44 mit Widerständen 46 und 48 oder mit einer Schaltung, die einen äquivalenten Abschwächungsfaktor ergibt, erhält den Ausgang 40» des ersten Integrators und erzeugt das abgeschwächte Signal 44* · Wenn die Widerstände 46 und 48 den gleichen Wert besitzen, weist das Signal 44* die halbe Amplitude des Kurvenverlaufes 42· auf. Ein dritter Komparator 50 erhält das abgeschwächte Signal 44* und den Ausgang 42* vom zweiten Integrator 42 und erzeugt einen Signalausgangswechsel des Zustandes 50», zu dea Zeitpunkt, wenn seine Eingänge 42· und 44* die gleiche Amplitude haben. Wenn die Amplitude des Signals 44' infolge der Abschwächung durch den Abschwächer 44 um die Hälfte die Hälfte der durch den Kurvenverlauf 42* erreichbaren Amplitude hat, und wenn die Integratoren mit der gleichen Geschwindigkeit arbeiten, so sind diese Amplituden zum Zeitpunkt te gleich, also bei der halben Länge des Signales 38* und bei

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Der Ausgang 50· vurde in der Synunetriemitte t_g des Impulses 22' erzeugt und kann zum Tasten des Impulses oder seines verzögerten Gegenstückes 30· zu dem verzögeren Zeitpunkt t_g dienen, damit die Mittelamplitude 52' zur nachfolgenden Teilchenvolumenanalyse passieren kann. Zur Ermittlung der Mittelamplitude geht der Ausgang des zweiten Verzögerungselementes 30 direkt auf eine Ausgangsschaltung 52, die das Tastsignal 50· vom dritten Komparator 50 erhält. Die Ausgangsschaltung 52 kann eine Abfrage- und Halteschaltung umfassen, die der Amplitude des Eingangsimpulses 30' bis zur Tastung durch das Signal 50' zum Zeitpunkt tg folgt. Darauf wird die Amplitude 52' zum Zeitpunkt t_g gehalten und auf den Ausgang 54 der Mittensuchschaltung bzw. -vorrichtung gegeben. Die Ausgangsschaltung kann bei Bedarf für sich und auf einer Leitung 56 für sämtliche anderenSchaltungselemente ein Rückstellsignal erzeugen.

Der Teilchenimpuls kann auch zu einem anderen Zeitpunkt als der Symmetriemitte t_g getastet werden, etwa zu der Mittelzeit te auf halbem Weg durch die Meßöffnung, in dem der Impuls 30· die Amplitude 58· besitzt. Zur Veränderung der Tastzeit wird mindestens eines der Integralsignale zur Veränderung der Zeit eingestellt, zu der die Amplituden der Signale gleich sind. Wenn der Abschwächer 44 das Integralsignal 40* auf mehr als die halbe Amplitude abschwächt, wird ein Signal 44*' von dem Integralanstieg 42* zum Zeitpunkt t,- gekreuzt und erzeugt das Tastsignal 50'^f zum 2fedtpunkt t₅, wenn der Impuls 30' seine Amplitude 58' aufweist. Die Ausgangsschaltung kann einen monastabilen Kipper und einen analogen Schalter enthalten, der den Impuls 30 erhält und ein SignalöO· mit der gewünschten Amplitude 58· erzeugt.

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Die Tastzeit kann man auch durch eine Änderung der Arbeitsweise des zweiten Integrators 42 variieren, die seine Neigung verändert· Beispielsweise kann man durch Erhöhen der Ladezeit des Integrators 42 die Neigung von 42' so weit verringern, daß man das schräge Signal 42" erhält, so daß die Signale 44' und 42^tf somit zu einem gewählten Zeitpunkt, beispielsweise t,-, gleichgemacht werden können, ohne daß der Abschwächer 44 verändert wird.

Damit ist die Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 2 bei der Feststellung der Amplitudenmitte ausreichend erläutert. Die Verzögerungselemente 26 und 30 erzeugen zwei zeitlich versetzte Kanäle, in welchen die beiden Komparatoren 36 bzw. 38 und die zugehörigen Integratoren 40 bzw. 42 arbeiten und Signale liefern, die zu der "Mittelzeit" zur Erzeugung eines Amplitudentastsignales gleiche Amplituden hatten.

Die Ausdrücke "Mittelzeit¹* und "Mittelamplitude¹¹ sollen jeden entsprechend den Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung gewählten Zeitpunkt und jede zu diesem gewählten Zeitpunkt selektierte Amplitude einschließen.

Im vorhergehenden Beschreibungsteil arbeitete der Abschwächer 44 erst nach Integration durch den ersten Integrator 40. Diese Reihenfolge wurde vor allem wegen der einfacheren Darstellung gewählt. Die Abschwächung kann jedoch auch vor der Integration erfolgen, so daß die Rechteckschwingung 36' für den Integrator 40 eine reduzierte Amplitude und somit eine kleinere, zu integrierende Fläche aufweist. Dies läßt sich einfach durch Anschluß einer Bezugsgleichspannungsquelle zwischen dem Ausgang des ersten Integrators 36 und dem Integrator 40 erreichen. Der Gleichspannungsbezugspegel ist dann der gewünschte Abschwächungspegel, wie etwa der der Signale 44* oder 44" und wird während der Änderung des Ausgangsstandes des !Comparators zwischen den

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Zeitpunkten t- und t_g auf den Integrator 40 gegeben.

Während in der vorhergehenden Beschreibung sich die Erzeugung der Rechteckkurven 36· und 38· lediglich auf die Arbeitsweise der Komparatoren 36 und 38 bezog, kann man im praktischen Fall die Amplitude dieser Rechteckkurven auch durch Tasten eines bekannten Gleichspannungspegels durch die Komparatoren ermitteln.

Die gegenüber Fig. 2 etwas modifizierte Schaltung nach Fig. 3 verändert den Kurvenverlauf nach Fig. 4 nicht. Fig. 3 enthält anstelle des zweiten Komparators 38 ein drittes Verzögerungselement 3"F, das eingangssei tig am Ausgang des ersten Komparators 36 liegt. Auf diese Weise ist der erste Komparator 36 die Ursprungsquelle für beide Signale 36' und 38·. Infolge des schnellen zeitlichen Anstieges des Ausganges des Komparators 36 im dritten Ver zögerung sei emen t "3$ könnte ein analoges Verzögerungselement ein unerwünschtes "Klingeln¹¹ bzw. Schwingungen erzeugen, so daß ein digitales Verzögerungselement 38" von Vorteil sein kann.

Dipl.-Ing. E Eder Dipl.-Ing. K. Schieschke jBMQnchen40.ElMabethstra6*34

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Claims

Patantanwtite

DipL-lng E. Eder

Dip! - Inf.. K. Fch.eschke

8MQ«chen40.Eesibethstraße34

Patentansprüche

(1.1 Verfahren zur Feststellung der Mittelamplitude von asymmetrischen Impulsen mit willkürlicher Amplitude, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Eingangsimpuls auf einen festen Prozentsatz der ursprünglichen Amplitude abgeschwächt wird, daß zwei zeitlich versetzte, parallele Kanäle gebildet werden, daß die ursprüngliche und die abgeschwächte Amplitude jedes Impulses verglichen und aus dem Vergleich zwei integrierbare, zeitlich versetzte und einander zugeordnete Signale abgeleitet und für sich auf je einen der beiden Kanäle gegeben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsimpuls von einer Amplitude, die einen festen Prozentsatz seiner Maximalamplitude beträgt, auf einen AbSchwächungspegel gedehnt wird, der den Eingangsimpuls an zwei Punkten schneidet, zwischen denen der Eingangsimpuls eine geringere Asymmetrie besitzt, so daß die beiden abgeleiteten Signale symmetrischer sind als derEingangsimpuls.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschwächungspegel 50 %■der Amplitude des Eingangsimpulses beträgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsimpuls zur Gewinnung seiner Mittelamplitude in der Mittelzeit getastet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Verfahrensschritte bei der Ableitung und Integration zur Ermittlung des Zeitpunktes dient, in dem sich die beiden Kurvenverläufe schneiden.

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6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastzeit ca. 60 % der Länge des Eingangsimpulses beträgt.
7« Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung eine derartige Zuordnung bewirkt, daß die beiden Signale die gleiche Fläche umschließen und daß bei der Integration auf die Bildung mindestens eines der beiden Kurvenverläufe seine maximale Amplitude zur Erzeugung einer Zuordnung von ungleichen integralen Kurven— verlaufen geändert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Signale mit unterschiedlicher Anstiegsgeschwindig— keit integriert werden.
9. Verfahren nach einem der 'vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Kanäle mit einer Zeitverschiebung erzeugt werden, die mindestens gleich der halben Länge eines der abgeleiteten Signale ist.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch Mittel (28) zur Abschwächung jedes Eingangsimpulses (22') auf einen festen Prozentsatz seiner ursprünglichen Amplitude (24')t durch Mittel (26, 30) zur Erzeugung zweier zeitlich versetzter, paralleler Kanäle, durch an die Kanäle angeschlossene Mittel (36, 38) zum Vergleich der ursprünglichen und der abgeschwächten Amplitude jedes Impulses und zur Ableitung zweier einander in der Fläche zugeordneter und zeitlich verschobener, integrierbarer Signale (36¹, 38'), die für sich auf je einen der beiden Kanäle gegeben werden, und durch Mittel (40, 42) zur Integration der beiden Signale entsprechend ihrer Flächenzuordnung zur Bildung zweier Kurvenverläufe (44*, 42¹J 42¹¹; 44**) von unterschiedlicher Größe, die sich infolge der zeitlich verschobenen Kanäle bei einer Mittelzeit (t_g; t,.) schneiden,

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die zur Abtastung des Eingangsimpulses zur Gewinnung seiner Mittelamplitude geeignet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschvächungseinrichtung einen Impulsdehner (24) zur Dehnung des Eingangsimpulses von einer Amplitude, die einen festen Prozentsatz seiner maximalen Amplitude (24¹) beträgt, auf einen Abschwächungspegel (28') .
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch Mittel (50) zur Erzeugung eines Tastsignales, die im Schnittpunkt der beiden Kurvenverläufe ein Mittelzeit-Tastsignal (50¹J 50·^f) erzeugen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Ausgangsschaltung (52) zur Aufnahme des Eingangsimpulses und des Tastsignales zur Tastung des Eingangsimpulses in der Mittelzeit, um dadurch die Impulsmittelamplitude zu erhalten.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsmittel (36, 38) und/oder die Integrationsmittel (40, 42) Mittel (44) zur Ermittlung des relativen Größenunterschiedes der beiden Kurvenverläufe umfassen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kanäle die Vergleichs- und Integrations»!ttel getrennt enthalten und daß das Mittel (44) zur Ermittlung des Größenunterschiedes in einem der beiden Kanäle liegt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Feststellung des Größenunterschiedes ein Abschwächer (44) in dem Kanal ist, der zeitlich zuerst sein integrierbares Signal integriert.

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17· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschwächungs- und Vergleichsmittel eine Reihenschaltung von Impulsdehner (24), Abschwächer (28) und erstem Komparator (36) enthalten, wobei der erste Komparator an einem Eingang den gedehnten und abgeschwächten Eingangsimpuls und am anderen Eingang den Eingangsimpuls erhält, der mindestens um eine Zeitspanne verzögert wurde (26), gleich der Zeit, die der abgeschwächte Impuls zur Erreichung seines Scheitelwertes benötigt, bevor der verzögerte Impuls den gleichen Pegel erreicht.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsdehner (24), der Abschwächer (28) und der erste Komparator (36) so ausgeführt und angeordnet sind, daß ein integrierbares Signal mit einer Länge erzeugt vird, dessen Mitte die Symmetriemitte des Eingangsimpulses ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch I7 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichsmittel einen zweiten Komparator (38) enthält, der ebenfalls an einen Eingang den gedehnten und abgeschwächten Eingangsimpuls erhält, und daß ein Verzögerungsmittel (30) vorhanden ist, das den Eingangsimpuls auf einen anderen Eingang des zweiten Komparators (38) zu einem Zeitpunkt gibt, der um mindestens die halbe Länge des integrierbaren Signales später liegt, zu dem der verzögerte Eingangsimpuls auf den ersten Komparator (36) gegeben wird.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, gekennzeichnet durch Verzögerungsmittel (26, 30) zur Erzeugung zweier Verzögerungsquanten und zur Definition des Eingangsendes der zwei zeitlich versetzten, parallelen Kanäle durch die Reihenschaltung des Eingangsimpulsabschwächers (28) mit den Impulsvergleichungsmitteln (36, 38), wobei das Vergleichsmittel zur Erzeugung der integrierbaren Signale in jedem Kanal

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an das Verzögerungsmittel angeschlossen ist, und durch Schaltungsmittel (50), die auf die Integrationsmittel (40, 42) ansprechen und die Mittelzeit feststellen, vobei eine Ausgangsschaltung (52), die einen Eingangsimpuls erhält und durch die Identifizierungsschaltung (50) betätigt wird, die Amplitude des Eingangsimpulses zu dieser Mittelzeit wählt.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Kanäle eine Reihenschaltung eines Verzögerungselementes (26), eines ersten Comparators (36) und eines ersten Integrators (40) enthält und daß der andere Kanal eine Reihenschaltung eines zweiten Verzögerungselementes (30), eines zweiten Komparators (38) und eines zweiten Integrators (42) enthält, und daß die Verzögerungselemente (26, 30) in Reihe geschaltet sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kanal einen Abschwächer (44) zur Ermittlung des Unterschiedes der Größe von zwei KurvenverJäzfen enthält.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichsmittel ein Komparator (36) zwischen zwei Verzögerungselementen (26, "3E) ist, der das Verzögerungsmittel definiert, wobei der Komparator (36) ausgangsseitig an dem Integrationsmittel (40) in einem der beiden Kanäle und an einem der Verzögerungselemente (3F) liegt, wobei das Verzögerungselement (35) mit einem Ausgang an dem Integrationsmittel (42) des anderen Kanales angeschlossen ist.

24·- Vorrichtung nach einem derAnsprüche 10 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle der Eingangsimpulse eine Coulter-Anordnung (22) mit einer Meßöffnung ist.

DipL-lng. E Eder I -ing. K. Schieschke'

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