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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Untersuchung von
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Flüssigkeitseigenschaften durch die Bestimmung der Ausbreitungsgeschwindigkeit
des Schalls, die eine Meßzelle mit einer das Präparat aufnehmenden, zwischen einem
elektrisch-akustischen Wandler und einem akustisch-elektrischen Wandler angeordneten
Schall strecke aufweist.
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Es ist bekannt, daß zahlreiche Flüssigkeitseigenschaften wie die Konzentration,
der Polymerisationsgrad, die Reinheit u.
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dgl. dadurch bestimmt werden können, daß die Schallgeschwindigkeit
in diesen Flüssigkeiten gemessen wird.
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Zur Messung der Schallgeschwindigkeit stehen grundsätzlich drei Methoden
zur Verfügung.
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Bei einer Methode werden in der Probe stehende Schallwellen erregt.
Aus der Frequenz der stehenden Schallwelle und den Abmessungen der Probe läßt sich
die Schallgeschwindigkeit in der Probe ermitteln. Zur Messung an Flüssigkeiten wird
die Probe gewöhnlich zwischen zwei planparallelen Platten eingeschlossen, deren
eine als Schallsender, deren andere als Schallempfänger ausgebildet ist.
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Aus den Sendefrequenzen, bei denen Maximalwerte des Empfängersignals
auftreten, aus dem Abstand der Platten und deren mechanischen Eigenfrequenzen ist
die Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit errechenbar. Ein Vorteil dieser Methode
ist die Möglichkeit der Messung der Schallgeschwindigkeit in einem großen Frequenzbereich.
Nachteilig ist die große Empfindlichkeit auf planparallele Lage von Sender- und
Empfänger. Das blasenfreie Befüllen der Meßzelle und deren Thermostatisierung sind
sehr schwierig, so daß genaue Messungen zeitraubend sind. (A.
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M.Labhardt: Konstruktion und Berechnung von Zylinderresonatoren zur
Schallabsorption- und Dispersionsmessung chemischer Relaxationsprozesse; Dissertation
Basel 1975).
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Bei einer anderen Methode werden in die Probe kontinuierliche Schallwellen
gesendet. In einem bekannten Abstand vom Sender
ist ein Empfänger
angeordnet. Wird die Sendefrequenz kontinuierlich verändert, so erscheint das Empfangssignal
bei Xquidistanten Frequenzen in gleicher Phasenlage zum Sendesignal.
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Aus dem Abstand dieser Frequenzen und dem Abstand von Sender und Empfänger
kann die Schallgeschwindigkeit in der Probe ermittelt werden. Bei dieser Methode
stören stehende Wellen.
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Diese sind vermeidbar bei stark absorbierenden Flüssigkeiten oder
sehr großen Aufbauten sowie mittels technisch sehr aufwendiger Apparaturen. (W.Schaafs
und C.Kalweit: Das Phasenvergleichsinterferometer zur Messung kleinster Schallgeschwindigkeitsänderungen
bis zu lmm/sec.; in "Acustica", Vol.10 (1960), S.385-393).
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Bei der dritten Methode wird die Zeit gemessen, die ein Schallimpuls
zum Durchlaufen einer bestimmten Strecke in der Probe benötigt. Die Schallgeschwindikeit
ist dann durch den Quotienten von Laufstrecke und Laufzeit gegeben.
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Zur Bestimmung der Laufzeit sind mehrere Verfahren bekannt.
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Bei der Puls-Echo-Uberlappungsmethode werden in regelmäßigen Abständen
Schallimpulse in die Probe gesendet. Der erste von einem Sendeimpuls herrührende
Empfangsimpuls und das nächste Echo dieses zuerst am Empfänger, dann am Sender reflektierten
Impulses werden auf einem Oszilloskop übereinander abgebildet.
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Dazu erfolgt die Zeitablenkung des Oszilloskops mit einer Frequenz,
die ein ganzzahliger Bruchteil der Frequenz der Sendeimpulse ist. Diese Frequenz
wird solange verstellt, bis sich die gewünschten Empfangssignale am Bildschirm gerade
überdecken. Darauffolgende Echos werden ausgeblendet. Die Frequenz der Zeitablenkung
des Oszilloskops und der Abstand von Sender und Empfänger sind dann ein Maß für
die Laufzeit des Impulses in der Probe. Diese Methode liefert gute Ergebnisse, wurde
aber bis jetzt nicht automatisiert. Sie erfordert die Beobachtung eines Schirmbildes
und die manuelle Nachstellung einer Frequenz.
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Bei der Puls-Überlagerunqsmethode wird der Sendet von einem Frequenzgenerator
gesteuert. Stellt man die Senefrequenz so ein, daß sich das erste Empfangssignal
und diearauffolgenden Echos maximal konstruktiv überlagern, so kann aus dieser Frequenz
die Laufzeit der Schallimpulse bestimmt werden. Nachteilig wirkt sich der Einfluß
von Reflexionen seitlichen Begrenzungsflächen der Probe aus. (Emmanuel P. +padakis:
Ultrasonic Velocity and Attenuation Methods with Scientific and Industrial Applications,
Physical Acoustics, Vol.XII, 1976).
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Bei der sogenannten Sing-Around-Methode ruft der von einem Sendeimpuls
herrührende, um die Laufzeit verzögerte Empfangsimpuls den nächsten Sendeimpuls
hervor. Die sich ergebende Sendefrequenz ist durch die Laufzeit des Schal'mpulses
in der Probe, im Sender und im Empfänger sowie durch Verzögerungszeiten im elektrischen
Teil gegeben. Diese Methode ist nur für stark absorbierende Flüssigkeiten geeignet,
da ansonsten noch mehrfach reflektierte Schallwellen von früheren Sendeimpulsen
zum Empfangssignal beitragen.
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Die dargelegte dritte Methode, bei der die Zeit gemessen wird, die
ein Schallimpuls zum Durchlaufen einer bestimmten Strecke in der Probe benötigt,
eignet sich vornehmlich zur Messung der Schallgeschwindigkeit in Festkörperproben,
bei denen die Länge der Laufstrecke durch die Probe selbst gegeben ist. Bei Messungen
an Flüssigkeiten muß der Abstand von Sender und Empfänger durch eine Stützkonstruktion
aus einem Festkörper festgelegt werden. Auch das Probenvolumen wird in der Regel
durch eine Wand aus einem Festkörper begrenzt. Die Schallgeschwindigkeit ist in
dafür in Frage kommenden Materialien groß gegen die Schallgeschwindigkeit in vielen
interessierenden Flüssigkeiten.
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Um zu vermeiden, daß über die Stützkonstruktion und die Probenbegrenzung
laufende Schallimpulse sowie Reflexionen an der Probenbegrenzung die Messung stören,
sind unhandliche und schwer zu thermostatisierende Aufbauten notwendig.
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Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen,die in einem routinemäßigen Laborbetrieb die Möglichkeit
bietet, Eigenschaften von Flüssigkeiten mittels der Schallgeschwindigkeit einfach
und dennoch genau bestimmen zu können.
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Erfindungsgemäß ist an den Eingang des elektrisch-akustischen Wandlers
und an den Ausgang des akustisch-elektrischen Wandlers eine elektronische Erreger-
und Detektorschaltung angeschlossen, die mit einem elektrischen Steuerwerk in Verbindung
steht, das über die Erreger- und Detektorschaltung an den elektrischakustischen
Wandler ein perodisches Erregersignal abgibt, dessen Periode so groß ist, daß innerhalb
dieser Periode alle Signalübergänge des Detektorsignals, die durch Umwegsignale
und Reflexionen in der Meßzelle entstehen, abgeklungen sind, wobei der Detektor
der Erreger- und Detektorschaltung bei Erreichen einer vorgegebenen Schwelle des
vom akustisch-elektrischen Wandler gelieferten Signals an das Steuerwerk ein Signal
abgibt, und wobei das Steuerwerk die Zeitspanne zwischen dem Start des Erregersignals
und dem ersten Überschreiten der vorgegebenen Schwelle in ein periodisches Ausgangssignal
des Steuerwerkes umsetzt, dessen Periode in einem ganzzahligen Verhältnis zu dieser
Zeitspanne steht.
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Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wird vor allem erreicht, daß
das Probenvolumen sehr klein, z.B. lccm, gehalten werden kann. In unmittelbarem
Zusammenhang damit ergibt sich der Vorteil, daß eine einwandfreie Thermostatisierung
mit einfachen Mitteln möglich ist. Darüber hinaus sind infolge der kurzen Temperaturangleichszeit
rasch aufeinanderfolgende Untersuchungen an verschiedenen Flüssigkeitsproben möglich.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Meßgröße als periodisches Signal vorliegt,
dessen Auswertung beispielsweise mit einem quarzgesteuerten Frequenzzähler mit.höchster
Genauigkeit möglich ist.
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Die Ausgabe digitaler Meßgrößen vermeidet subjektive Ablesefehler.
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Vorteilhafterweise gibt das Steuerwerk an die Erreger- und Detektor-
schaltung
binäre Signale ab und empfängt von dieser binäre Signale. Dadurch werden Fehler
an der Schnittstelle zwischen Steuerwerk und der Erreger- und Detektorschaltung
vermieden.
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Zweckmäßigerweise enthält das elektronische Steuerwerk ein Detektorflipflop,
welches nach Abklingen des elektrischen Erregerstoßes, aber vor dem Eintreffen des
ersten Signalüberganges des Detektorsignals in eine bestimmte Richtung nach der
Erregung zurückgesetzt und von diesem ersten Signalübergang gesetzt wird und somit
alle weiteren Signalübergänge im Detektorsignal, die auf denselben Erregerstoß zurückgehen,
ausgeblendet werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine elektrisch verstimmbarer
Oszillator vorgesehen, dessen Frequenz automatisch so geregelt wird, daß die kürzeste
Laufzeit in der Schallstrekke des Probenraumes gleich einem bestimmten ganzzahligen
Vielfachen der Periode des Oszillators wird. Auch die Wartezeit bis zum Abklingen
der Störungen durch Umwegsignale und Reflexionen wird ein ganzzahliges Vielfaches
dieser Periode.
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Vorteilhafterweise ist der elektrisch verstimmbare Oszillator über
einen Zähler an den Steuereingang eines Rampengenerators angeschlossen, welcher
zu Beginn zweier bestimmter Zählerstände des Zählers zwei Rampen in bestimmter Richtung
auslöst, wobei zum Zeitpunkt des Passierens einer bestimmten Schwelle der einen
Rampe, vorteilhafterweise mit Hilfe eines Komparators und eines UND-Gatters, das
Erregersignal erzeugt wird und der Augenblickswert der zweiten Rampe zum Zeitpunkt
des Eintreffens des ersten Überganges des Detektorsignals in bestimmter Richtung
nach der Erregung in einen Analog speicher eingespeichert und zur Nachsteuerung
des elektrisch verstimmbaren Oszillators, vorteilhafterweise über einen Integrator,
verwendet wird. Durch die Verwendung ein- und desselben Rampengenerators für die
Auslösung des Erregersignals und die Bestimmung der zeitlichen Lage des ersten Detektorsignals
durch den Analogspeicher wird erreicht, daß die Steigung des Rampengenerators und
seine
Linearität nicht in die Meßgenauigkeit eingehen.
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Zweckmäßigerweise wird mit der Erreger- und Detektorschaltung die
Amplitude der Erregung, insbesondere mittels einer elektrisch steuerbaren Spannungsquelle,
auf einen konstanten Wert der Amplitude und bzw. oder der Steiung des vom akustischelektrischen
Wandler gelieferten Signals geregelt. Damit wird erreicht, daß unabhängig von der
Dämpfung und dem Schallwiderstand des Präparates die Amplitude und die Form des
vom akustisch-elektrischen Wandlers empfangenen Signals konstant bleibt, wobei die
Schwelle in der Erreger- und Detektorschaltung immer an der gleichen Stelle des
vom akustisch-elektrischen Wandlers empfangenen Signals überschritten wird.
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Vorteilhafterweise besteht der Probenbehälter aus einem Material hoher
akustischer Dämpfung und kleiner Schallgeschwindigkeit, vorteilhafterweise aus Polytetrafluoräthylen.
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Zweckmäßigerweise ist die Laufzeit für das Übersprechen vom elektrisch-akustischen
Wandler zum akustisch-elektrischen Wandler über die Stützkonstruktion größer als
die Laufzeit des Schalls durch das Präparat.
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Nach einer Weiterbildung ist die Schallgeschwindigkeit in der Thermostatflüssigkeit,
vorzugsweise Tetrachlormethan, kleiner als jene im Präparat.
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Durch diese Maßnahmen werden Störungen durch Voreilen von Schallwellen
im Probenbehälter in der Stützkonstruktion und in der Thermostatflüssigkeit vermieden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der Zeichnung
in der u.a. ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
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Fig.1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Meßzelle,
Fig.2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig.1, Fig.3 eine Schaltungsanordnung
und Fig.4 einige Zeitdiagramme.
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Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte erfindungemäße Meßzelle weist
eine Stützkonstruktion 1 auf, die einen Probenbehälter 2 trägt, in der sich ein
Probenraum 3 befindet, der von einem elektrisch-akustischen Wandler 4, von einem
akustisch-elektrischen Wandler 5 sowie deren Halterungen und dem Probenbehälter
2 begrenzt wird, wobei der Abstand zwischen dem elektrisch-akustischen Wandler 4
und dem akustisch-elektrischen Wandler 5 durch die Stützkonstruktion 1 konstant
gehalten wird.
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Die zu untersuchende Flüssigkeit wird durch den Anschluß 6 in den
Probenraum 3 geleitet. Um von der Umgebungstemperatur unabhängig zu sein, wird der
Meßzelle durch den Anschluß 7 eine Thermostatflüssigkeit zugeführt, die die Meßzelle
durch den Anschluß 8 wieder verläßt, wobei dafür gesorgt ist, daß die Thermostatflüssigkeit
den Probenbehälter 2 so vollständig wie möglich umströmt.
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Der elektrisch-akustische Wandler 4, ein piezoelektrisches Element,
sendet entsprechend einem elektrischen Sendeimpuls einen Schallimpuls aus. Ein Teil
dieses Impulses gelangt über Zwischenschichten wie Trägermaterial, Korrosionsschutzschicht
u. dgl. in den Probenraum 3, ein anderer Teil über die Halterung des elektrisch-akustischen.
Wandlers 4 in die Stützkonstruktion 1 der Meßzelle.
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Der in den Probenraum 3 eintretende Schallimpuls ruft nach Durchlaufen
der Probe am akustisch-elektrischen Wandler 5 ein Signal hervor, das nach einer
Meßzeit tm, gerechnet vom Beginn des elektrischen Sendeimpulses an, einen festgelegten
Schwellenwert erreicht. Die Konstruktion ist nun derart ausgelegt, daß das Durchlaufen
der Stützkonstruktion 1 in jedem Falle eine längere Zeit beansprucht als der direkten
Verbindung über die Präparatstrecke entspricht. Es ist somit sichergestellt, daß
das Signal, welches den dem akustisch-elektrischen Wandler 5 zugeordneten Schwellwert
überschreitet, von der Laufzeit im Präparat bestimmt wird. Alle Störungen, die die
Stoßanregung in der Struktur hervorruft, sowie Reflexionen an der Wand des Probenbehälters
2 treffen später am akustisch-elektrischen Wandler 5 ein und erzeugen ein nur langsam
abklindes Störsignal.
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Um ein zeitliches Voreilen des Erregerimpulses in der Wand des Probenbehälters
2 zu verhindern, muß dieser aus einem gut reflektierenden und die Schallwellen absorbierenden
Material gefertigt werden. Dies wird bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten
Ausführung teils durch eine freie Oberfläche des Präparates, teils durch eine dünne
Polytetrafluoräthylen-Wanne erreicht. Dieses Material weist, vor allem wenn es mit
Glaspartikeln versetzt ist, einen sehr hohen Dämpfungsgrad bei relativ kleiner Schallgeschwindigkeit
auf. Die freie Oberfläche ist wegen der 100%igen Reflexionswirkung völlig unkritisch,
bringt jedoch den Nachteil daß diese Umrandung einer effektiven Thermostatisierung
nicht mehr zur Verfügung steht.
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Bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Konstruktion wurde ein
Kompromiß zwischen guter Thermostatisierbarkeit und einfacher Handhabung beim Nachfüllen
und Reinigen der Kavität geschlossen.
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Anteile des Schallimpulses, die die Wand des Probenbehälters 2 durchdringen,
werden sich auch in der Thermostatflüssigkeit ausbreiten und ebenfalls den akustisch-elektrischen
Wandler 5 erreichen. Durch die Wahl einer Thermostatflüssigkeit kleiner Schallgeschwindigkeit
(beispielsweise Tetrachlormethan) wird die Gefahr des Voreilens des Stoßimpulses
unterbunden.
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Durch die erfindungsgemäße Meßzelle ist sichergestellt, daß die durch
die Stoßanregung induzierte Störung nach einer Laufzeit, die nur von der direkten
Verbindungsstrecke durch das Präparat gegeben ist, den akustisch-elektrischen Wandler
5 als erste erreicht. Diese Laufzeit entspricht der Schallgeschwindigkeit im unendlich
ausgedehnten Medium. Die Messung ist somit frei von apparatespezifischen Parametern.
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Um nun mit einer solchen Meßzelle eine automatische Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit
zu erzielen, sind der elektroakustische Wandler 4 einerseits und der akustisch-elektrische
Wandler 5 andererseits an eine Erreger- und Detektorschaltung 9 angeschlossen, wie
dies Fig.3 zeigt. Die Erreger- und Detektorschaltung 9 steht mit einem elektronischen
Steuerwerk 10 in
Verbindung. Dabei ist der Steuereingang 11 der
Erreger- und Detektorschaltung 9 an den Ausgang eines UND-Gatters 12 angeschlossen;
an dessen Eingängen einerseits der Ausgang eines Komparators 13, andererseits ein
Ausgang eines modulo-m-Zählers 14 liegen. Der eine Eingang des Komparators 13 ist
an den Ausgang eines Rampengenerators 15 ebenso wie der eine Eingang eines Analogspeichers
16 angeschlossen. Der Eingang des Rampengenerators 15 ist an einen weiteren Ausgang
des modulo-m-Zählers 14 angeschlossen, dessen Eingang am Ausgang eines elektrisch
verstimmbaren Oszillators 17 liegt, dessen Eingang mit einem Integrator 18 verbunden
ist, dan dessen Eingang der Ausgang des Analogspeichers 16 liegt. Ein weiterer Eingang
des Analogspeichers 16 liegt am Q-Ausgang eines Detektorflipflops 19, dessen Setzeingang
8 an einen Ausgang der Erreger- und Detektorschaltung 9 und dessen Rücksetzeingang
R an einen dritten Ausgang des modulo-m-Zählers 14 angeschlossen sind.
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Wie in Fig.4 dargestellt ist, liefert der elektrisch verstimmbare
Oszillator 17 Taktimpulse a an den modulo-m-Zähler 14.
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Dieser erzeugt ein Steuersignal b für den Rampengenerator 15, der
die Rampenspannung c liefert. Der Komparator 13 löst zum Zeitpunkt des Nulldurchganges
der Rampenspannung c während des Zählerstandes 1 des modulo-m-Zählers 14 mit Hilfe
des UND-Gatters 12 über den Steuereingang 11 die Erregung nach der Impulsfolge d
aus. Die Leitung 21 ist also nur während des Zählerstandes 1 im logischen 1-Zustand.
Beispeilsweise in der Stellung "3" des modulo-m-Zählers 14 wird das Detektorflipflop
19 zurückgesetzt (Folge e). Die Erreger- und Detektorschaltung 9 liefert an den
Setzeingang des Detektor?iipflops 19 die Impulsfolge f, wobei auf die 1.Auslenkung
nach der Zeit tm noch Reflexions- und Umwegsignale 24 folgen Diese liegen nach der
Zeitspanne tm in der Wartezeit tw. Beim Eintreffen des ersten von der Erreger- und
Detektorschaltung 9 gelieferten Detektorsignals wird das Detektorflipflop 19gesetzt
(Folge e). Die Leitung 22 geht in den logischen 1-Zustand. Die zu diesem Zeitpunkt
vorhandene Spannung auf der Leitung 20 (Rampe) wird von dem Analogspeicher 16 übernommen.
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Diese Spannung ist nur dann genau 0 Volt, wenn der zeitliche
Abstand
zwischen Erregung und erster Auslenkung des akustischelektrischen Wandlers 5 genauer
Taktperioden des elektrisch verstimmbaren Oszillators 17 beträgt. Im Falle einer
Abweichung erzeugt der Integrator 18 eine Schiebespannung, die den elektrisch verstimmbaren
Oszillator 17 ohne Restfehler nachstimmt.
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Am Ausgang 23 kann ein Periodenmesser angeschlossen werden, der die
Laufzeit der Schallstrecke als Mittelwert der Periode des elektrisch verstimmbaren
Oszillators 17 darstellt.
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Der Sendeimpuls wird durch einen Spannungssprung am elektrischakustischen
Wandler 4 hervorgerufen. Dieser Spannungssprung wird vom Rampengenerator 15 initiiert
und bildet den Ausgangspunkt der Laufzeitmessung. Nach der Zeit tm wird am akustischelektrischen
Wandler 5 der ankommende Schallimpuls erstmals eine in der Erreger- und Detektorschaltung
9 definierte Schwelle überschreiten. Wie oben beschrieben, stammt dieser Impuls
von der Laufzeit durch das Präparat und begrenzt somit die der Schallgeschwindigkeit
im unbegrenzten Medium zuordenbare Zeit.
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Nach diesem Ereignis treten über längere Zeit Spannungsschwankungen
am akustisch-elektrischen Wandler 5 auf, die von Reflexionen und Umwegsignalen stammen.
Während dieser Zeit ist eine neuerliche Messung von tm unmöglich, da die Schwelle
dauernd von Störungen überschritten wird. Es muß daher - vor einer weiteren Messung
durch Stoßanregung und Bestimmung des ankommenden Pulses am akustisch-elektrischen
Wandler 5 - eine Wartezeit tw eingeführt werden, bis alle Störungen durch Absorption
in der Struktur abgeklungen sind.
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Da die Meßstrecke wegen des gewünschten kleinen Präparatvolumens relativ
kurz ist, beträgt auch die Laufzeit tm nur wenige Mikrosekunden (ca. 30 s). In dieser
Zeitspanne kann die Laufzeit nicht mit dem üblichen.Verfahren aus einer Messung
mit genügender Genauigkeit (gewünscht 10 ') ermittelt werden. Die erfindungsgemäße
Einrichtung gestattet nun einen periodischen Ablauf, in den sowohl die Meßzeit tm
als auch die Wartezeit tw als ein ganzzahliges Vielfaches der Periode des Oszillators
17
miteinbezogen werden. Dieser periodische Ablauf wird von dem
elektrisch verstimmbaren Oszillator 17 gesteuert, dessen Frequenz bzw. Periodendauer
durch den Vergleich einer großen Anzahl von Laufzeitmessungen auf eine Gleichheit
von Laufzeit und ganzzahligem Vielfachen der Periodendauer des elektrisch verstimmbaren
Oszillators 17 automatisch abgeglichen wird.
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Durch die Verwendung ein- und desselben Rampengenerators 15 für die
Auslösung des Erregersignals (Komparator 13) und die Bestimmung der zeitlichen Lage
des ersten Detektorsignals durch den Analogspeicher 16 wird erreicht, daß die Steigung
des Rampengenerators 15 und seine Linearität nicht in die Meßgenauigkeit eingehen.
Dazu ist weiters erforderlich, daß der Bezugspunkt des Komparators 13 und des auf
den Analogspeicher 16 folgenden Integrators 18 dasselbe Potential aufweisen. Eine
weitere, beispielsweise in der Erreger- und Detektorschaltung 9 enthaltene Regelschaltung
steuert die Amplitude des Erregerimpulses in der Art, daß die Form des Empfängers,ignals
auch bei unterschiedlicher Dämpfung des Präparates und unterschiedlich hohen Schallwiderständen
erhalten bleibt. Dadurch werden apparatespezifische Beeinflussungen des Meßwertes
vermieden.
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Die Frequenz des elektrisch verstimmbaren Oszillators 17 kann, da
es sich um einen periodischen Vorgang hoher spektraler Reinheit handelt, mit den
üblichen Frequenzzählern ohne zusätzliche Fehler einfach gemessen werden.
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Sie steht in verkehrter Proportionalität zur Laufzeit tm Die Meßzeit
tm sezt sich zusammen aus der Laufzeit in der Probe t2 = l/c, wobei c die -Schallgeschwindigkeit
in der Probe ist und 1 die Länge der Laufstrecke bedeutet, und den Laufzeiten im
elektro-akustischen Wandler 4, im akustisch-elektrischen Wandler 5, in Zwischenschichten
sowie im elektrischen Teil der Anordnung. Diese letzteren Zeiten, zusammen ts, sind
bei konstantem Empfangs signal von der Schallgeschwindigkeit in der Probe unabhängig.
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Es gilt: tm = c + ts
und hieraus: c = l tm t Sind
die Länge der Laufstrecke l, die Schallgeschwindigkeit in einer Eichsubstanz c1
und die dazugehörige Meßzeit tml bekannt, so ist 1 ts tml - c1 Damit kann die Schallgeschwindigkeit
in einer beliebigen Probe aus der jeweiligen Meßzeit tm bestimmt werden.
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Ist die Länge der Laufstrecke 1 nicht bekannt, so muß eine zweite
Eichsubstanz mit einer anderen Schallgeschwindigkeit C2 herangezogen werden.
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Dann ist
und