DE2645434A1

DE2645434A1 - Integrator zur unbegrenzten langzeitintegration von elektrischen signalen

Info

Publication number: DE2645434A1
Application number: DE19762645434
Authority: DE
Inventors: Karl Heissler; Hans-Dietrich Dr Renovanz; Eberhard Weller
Original assignee: Dr Karl Thomae GmbH
Current assignee: Boehringer Ingelheim Pharma GmbH and Co KG
Priority date: 1976-10-08
Filing date: 1976-10-08
Publication date: 1978-04-13
Also published as: ES463038A1; JPS5383446A; FR2367319A1

Description

Case 5/698
Dr. Bu./Kp.

DR. KARL THOMAE GMBH, BIBERACH AN DER RISS

Integrator zur unbegrenzten Langzeitintegration von elektrischen Signalen

Die Erfindung betrifft einen Integrator zur unbegrenzten Langzeitintegration von elektrischen Signalen.

Bei der Integration über längere Zeiträume wurden bisher üblicherweise mechanische Hilfsmittel verwendet, z.B. Kurvenschreiber, Planimeter, wobei beispielsweise die Kurven mit einer Schere ausgeschnitten und die so erhaltenen Papierflächen durch Wägung erfaßt wurden. Bekannte elektronische Integratoren lassen sich nur für Kurζzeitintegrationen verwenden. Allen Integratoren gemeinsam sind als hauptsächliche Fehlerquellen die Drift bzw. die Veränderungen der Nullpunktslage. Bereits die richtige Einstellung des Nullpunktes bereitet dem Benutzer oft Schwierigkeiten, weil der Empfindlichkeitsbereich des Integrators zu gering ist, um kleine Abweichungen vom Nullpunkt deutlich genug anzuzeigen. Es ist daher in jedem Pail erforderlich, daß für die Nullpunkteinstellung die Empfindlichkeit des Integrators vorübergehend erhöht wird, wobei dieser Schritt vor der eigentlichen Messung wieder rückgängig zu machen ist. Hinzu kommt, daß Temperaturänderungen ebenfalls zu einer Verschiebung des Nullpunktes führen.

Durch das additive Verhalten eines Integrators werden die Driftfehler summiert, sodaß der Fehler bei einer Langzeitintegration schließlich so groß werden kann, daß das Ergebnis dadurch un-

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brauchbar wird. Das gilt insbesondere dann, wenn neben höheren Signalen auch sehr kleine verarbeitet werden sollen. Die Kapazität eines Integrators ist immer nach oben hin begrenzt, werden ihm Signale darüberhinaus zugeführt, zeigt er diese nicht mehr an. Mechanische Integratoren bekannter Bauart entsprechen nicht mehr den heutigen Anforderungen an Präzision, an rationellem Messen, ihnen fehlt auch das Vermögen, sich rasch ändernden Vorgängen anzupassen; elektronische Integratoren haben dagegen den Nachteil, daß sie nur über eine beschränkte Kapazität verfügen, wird aber die Empfindlichkeit aus diesem Grunde vermindert, so gehen die kleineren Signalanteile nicht oder nicht mit der genügenden Genauigkeit in die Messung ein.

Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch behoben, daß der _; Integrator stets auch mit einer für kleine Signale genügend hohen Empfindlichkeit betrieben wird, daß die Gesamtintegrationszeit in sehr kurze Zeitabschnitte aufgeteilt wird, daß die Integralhöhe dieser Einzelzeitabschnittfe konstant ist und daß die Anzahl dieser > Abschnitte beliebig oft gezählt wird, wobei die Integration damit · unbegrenzt möglich wird. Dem Integrator wird also eine bestimmte | Integralhöhe vorgegeben, das Erreichen dieser Schwelle löet die automatische Rückstellung desselben auf Null aus; danach kann sich dieser Vorgang beliebig wiederholen. Die Rückstellvorgänge werden gezählt, das Integral ist dann gleich der Summe dieser Rückstellvorgänge. Dadurch werden die bei Verwendung bekannter Integratoren sich addierende Driftfehler auch bei unbegrenzter Gesamtmeßdauer als Folge der kurzen Integrationsperioden vermieden und die zu integrierende Fläche kann unbegrenzt sein, da anstelle der direkten Messung der Ladung des Integrationskondensators eine Zählung vorgenommen wird, die nach oben unbegrenzt möglich ist.

Der Aufbau des erfindungsgemäßen Integrators und seine Wirkungsweise soll im folgenden genauer beschrieben werden; ein ankommendes elektrisches Signal wird einem vorgeschalteten Verstärker zugeleitet, der dieses Signal auf das erforderliche Niveau bringt.

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Dieses so verstärkte Signal wird dem eigentlichen Integratorteil aufgegeben. Dort wird die Integration vorgenommen. Das Integral bzw. die Ladung kann jedoch nur so hoch ansteigen, bis die mit einem Komparator vorgegebene Schwelle erreicht ist. Beim Erreichen dieser Schwelle wird von einer digitalen Ansteuerung gleichzeitig erstens einem dem Integrator vorgeschalteten Feldeffekttransistor ein Impuls zugeleitet, wobei der Feldeffekttransistor die Entladung des Integrationskondensators auslöst; zweitens wird ein Zählimpuls an einen digitalen überlaufzähler bekannter Bauart abgegeben.

Wird eine Integration von biphasischen Impulsen durchgeführt, wird die eine Hälfte des Signals durch eine zwischen dem Verstärker und dem Integrator eingefügte Diode unterdrückt.

Die überprüfung des Integrators erfolgt durch Zuschalten einer konstanten Gleichspannung mittels einer Testtaste, hierbei ergibt sich innerhalb eines gleichen Zeitabschnittes immer eine gleiche Anzahl von Zählvorgängen bzw. Zählimpulsen. Die Einstellung des Offsets d. h. die Beseitigung einer Nullpunktabweichung, ist aufgrund der hohen Empfindlichkeit des Integrators einfach dadurch möglich, daß mit einer Taste "Stop" der Eingang kurzgeschlossen wird. Ist jetzt noch eine Offset-spannung bzw. Nullpunkt-abweichungj vorhanden, zählt der Integrator langsam weiter. Eine etwaige erforderliche Nullstellung wird dann mit einem regelbaren Widerstand im Verstärkerteil oder im Integratorteil bewirkt. In ähnlicher Weise kann die exakte Einstellung des Nullpunktes eines am Eingang j angeschlossenen Schreibers rasch festgestellt werden: der Inte- ■ grator darf bei korrekter Einstellung des Nullpunktes am Schreiber ,

keine oder nur eine vernachlässigbar geringe Zählung anzeigen.

Die Gleichstromversorgung der elektronischen Bauteile erfolgt in allgemein bekannter Weise, beispielsweise über einen Trafo, einen Gleichrichter und eine Spannungskonstanthaltung.

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Es war zunächst nicht vorhersehbar, ob die Zeitdauer des Reset-Vorgangs nicht Anlaß zu größeren Fehlern bei der Ermittlung des Integrals gibt, überraschenderweise zeigte sich aber, daß bei der erfindungsgemäßen Ausführung unter Verwendung eines in seiner Kapazität beschränkten Integrationskondensators die Reset-Zeit bei 6 Sekunden und darunter gehalten werden kann.

Eine beispielhafte Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung sei durch die nachfolgende Zeichnung nähers erläutert. A ist der Verstärkerteil mit Eingangsbuchse (1), einer Stop-Taste (2) und einer Testtaste (3), L 141 T 1 ist ein fertiger Verstärkerbauteil an sich bekannter Bauart, (4) ist ein Trimmer, AA 119 ist eine Diode; der Integratorteil umfaßt einen Verstärkerbauteil bekannter Bauart (LHOO 42 CH) und einen Feldeffekttransistor der N-Typej der Komparatorteil C enthält denselben Verstärkerbauteil wie der Teil A mit dem Trimmer R, mit dem die Schwelle eingestellt wird. Der Teil D umfaßt die digitale Ansteuerung, bestehend aus dem Impulsgeber MC 667 mit zwei Ausgängen, wobei der Eingang mit dem Komparator verbunden ist. Die Ausgänge sind einmal mit dem Feldeffekt- : transistor (Teil B) und das andere mal mit dem Überlaufzähler Teil E verbunden. Der Kondensator Cp in dem Teil D bestimmt die ' Dauer des Rückstellimpulses. Der über lauf zähler enthält eine Reset-;

Taste (5) zur Rückstellung auf Null. Die sonstigen Verbindungen |

der einzelnen Bauelemente miteinander gehen eindeutig aus der Zeichnung hervor.

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Claims

Patentansprüche

(Iy Verfahren zur unbegrenzten Langzeitintegration von elektrischen Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtintegrationszeit in viele sehr kurze Zeitabschnitte aufgeteilt, die Integralhöhe dieser Einzelabschnitte konstant gehalten und die Anzahl dieser Einzelabschnitte gezählt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung der Gesamtintegrations zeit in viele kurze Zeitabschnitte durch Vorgabe einer bestimmten Integralhöhe bewirkt wird, wobei nach Erreichen dieser Integralhöhe eine automatische Rückstellung des Integrators auf Null erfolgt und das Gesamtintegral sich aus der Summe dieser Rückstellvorgänge ergibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein ankommendes elektrisches Signal einem Integrator zugeführt wird, die Kapazität des Integrators durch einen Komparator nach Belieben begrenzt wird, nach Erreichen der so vorgegebenen Schwelle von einer digitalen Ansteuerung einmal einem dem Integrator vorgeschalteten Feldeffekttransistor ein Impuls gegeben wird, der dann die Entladung des Integrationskondensators aus- : löst und zum anderen an einen digitalen Zähler ein weiterer Impuls abgegeben wird, der dort registriert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ankommende Signal auf eine erforderliche Höhe vorverstärkt und, bei Vorliegen biphasischer Signale, die eine Hälfte des Sig- | nals unterdrückt wird.
5. Vorrichtung zur unbegrenzten Langzeitintegration von elektrischen Signalen, bestehend aus einem Integratorteil um- j fassend im wesentlichen einen Verstärkerteil, einen Integrator i bzw. Kondensator und einen Feldeffekttransistor, einen^Kompa- !

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ratorteil umfassend im wesentlichen einen Verstärkerteil und einen Trimmer R, einer digitalen Ansteuerung umfassend im wesentlichen einen Impulsgeber mit zwei Ausgängen und einen Kondensator C_? und eineni Überlaufzähler, wobei diese Bauteile wie in der Zeichnung angegeben, miteinander verbunden sind.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß dem Integratorteil noch ein Vorverstärkerteil vorgeschaltet ist und, gegebenenfalls, zwischen dem Vorverstärker- und dem Integratorteil eine Diode zwischengeschaltet ist.

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