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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Detektieren von Teilchen,
die in einem Kanal strömen,
und ein Verfahren zum Detektieren von Verunreinigungen auf dem Teilchendetektor.
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Das
Leistungsvermögen
eines triboelektrischen Teilchendetektors kann beeinträchtigt werden, wenn
man zulässt,
dass sich Teilchen aus dem Strom auf seiner Oberfläche ansammeln.
Eine Weise, um das Ansammeln von Teilchen zu vermeiden, besteht darin,
die Sonde regelmäßig zu reinigen.
Jedoch beinhaltet ein Reinigen, dass der Teilchendetektor offline
genommen wird, und es kann zeitraubed sein und die Demontage von
komplizierter Ausrüstung
erfordern. Es ist deshalb wünschenswert,
den Verunreinigungspegel des Detektors zu überwachen.
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Das
US-Patent No. 5,287,061 beschreibt ein Online-Verfahren zum Überwachen
eines Detektors auf Verunreinigung. In dem in diesem Patent beschriebenen
Verfahren wird ein Detektor in der Form einer Sonde durch Teilchen
in einem Strom triboelektrisch aufgeladen. Das durch dieses Aufladen
erzeugte Signal läuft
durch eine Überwachungsschaltungsanordnung
hindurch, die einen Verstärker
umfasst, dessen Verstärkungsfaktor
abhängig
von der Impedanz der Sonde ist. Unter normalen Betriebsbedingungen
ist die Impedanz der Sonde im Wesentlichen unendlich. Jedoch, wenn
die Sonde verunreinigt wird, kann die Impedanz signifikant abfallen,
und dieser Abfall führt
zu einer Änderung
im Verstärkungsfaktor
des Verstärkers.
Um das Auftreten von jeglicher solcher Änderung im Verstärkungsfaktor
zu detektieren, wird ein zweites Signal von bekannter Amplitude
durch den Verstärker
hindurchgeschickt. Eine Änderung
in der Größe des verstärkten zweiten Signals
zeigt an, dass sich der Verstärkungsfaktor des
Verstärkers
geändert
hat und dass ein Reinigen der Sonde erforderlich sein kann.
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Eine
niedrige Sondenimpedanz kann auch bewirken, dass der Verstärkungsfaktor
des Verstärkers
in Bezug zum Eigenrauschen des Verstärkers ansteigt; d.h. der durch
das Eingangssignal erfahrene Verstärkungsfaktor ist unverändert, aber
der durch das Eigenrauschen erfahrene Verstärkungsfaktor ist erhöht. Dies
bewirkt einen Anstieg im Hintergrundrauschpegel des Instruments,
und dieser Anstieg kann ausreichend sein, um Niedrigpegelsignale
zu verdecken.
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Jedoch
ruft eine endliche Sondenimpedanz nicht immer ein Problem in einem
Teilchendetektionssystem hervor. Insbesondere weist in einem Detektor,
in dem eine Wechselstromkopplung verwendet wird, wie z.B. diejenigen,
die im britischen Patent No. 2266772 und im britischen Patent No.
2277154 beschrieben sind, eine endliche Sondenimpedanz normalerweise
nur einen signifikanten Effekt auf, wenn sie so niedrig ist, dass
der Verstärker
gesättigt wird,
oder wenn sie in der Größe mit der
Zeit variiert. Jeder von diesen Effekten würde ein Fehlersignal mit einer
Wechselstromkomponente erzeugen, das durch die Wechselstromüberwachungsvorrichtung detektiert
würde.
Unter den meisten anderen Umständen
würde eine
endliche Impedanz normalerweise nur zu einem Gleichstromsignal führen, das
durch die Offset-Fehlerspannung des Verstärkers hervorgerufen ist. Die
Wechselstromkopplungsschaltungsanordnung würde ein solches Gleichstromsignal
herausfiltern.
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Ein
signifikanteres Problem für
sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstromgekoppelte Detektoren tritt
auf, wenn Verunreinigungen auf dem Detektor als eine Signalquelle
wirken. Teilchen, die am Detektor vorbeiströmen, können mit den Verunreinigungen
wechselwirken und die Erzeugung von Wechselstrom- oder Gleichstrom-Fehlersignalen hervorrufen.
Die impedanzabhängige
Verunreinigungsüberwachungstechnik,
die oben beschrieben ist, würde
eine signalerzeugende Verunreinigung nicht detektieren, außer wenn
die Verunreinigung auch zu einer niedrigen Sondenimpedanz führt.
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Das
US-Patent No. 4,179,934 lehrt ein Verfahren zur und eine Vorrichtung
zur Verwendung in Verbindung mit einem Kontrollieren der Teilchengröße eines
Pulvers, das in einem Gasstrom mitgeschleppt wird. Eine Probe des
Pulvers wird in Bruchstücke
von relativ unterschiedlichen Teilchengrößen zerteilt, und die elektrostatischen
oder ähnlichen Rauschstörungen der
Bruchstücke
werden verglichen.
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Es
ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Detektieren von Teilchen, die in einem Kanal strömen, und zum Detektieren von Verunreinigung,
die wie ein Signal wirkt, auf dem Teilchendetektor bereitzustellen.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Teilchendetektor zum Detektieren von Teilchen, die in einem
Kanal strömen,
bereitgestellt, umfasend eine erste triboelektrische Sonde zum Detektieren
der Teilchen und eine zweite triboelektrische Sonde zum Detektieren eines
Fehlersignals, das durch Verunreinigungen auf dem Teilchendetektor
erzeugt wird, wobei die zweite Sonde so angeordnet ist, so dass
sie ein signifikant kleineres dem Teilchenstrom zuschreibbares Signal erzeugt,
als das Signal, das durch die erste Sonde erzeugt wird; wobei, wenn
der Teilchendetektor durch Verunreinigungen verunreinigt ist, das
Fehlersignal auf beiden Sonden erzeugt wird, so dass die Anwesenheit
des Fehlersignals auf der zweiten Sonde anzeigt, dass das auf der
ersten Sonde erscheinende Signal ein Fehlersignal umfasst.
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Die
erste Sonde kann zum Überwachen
des Teilchenstroms auf die gewöhnliche
Weise verwendet werden. Die Anwesenheit von signalerzeugenden Verunreinigungen
auf dem Teilchendetektor führt zu
einem Fehlersignal auf der ersten Sonde. Das Fehlersignal wird auch
auf der zweiten Sonde detektiert, weil die zweite Sonde zwischen
der ersten Sonde und der Struktur lokalisiert ist. Deshalb zeigt
die Anwesenheit eines Signals auf der zweiten Sonde an, dass das
auf der ersten Sonde erscheinende Signal ein Fehlersignal umfasst.
Der Grad, bis zu welchen eine Verunreinigung ein Problem ist, kann
bestimmt werden, indem das Verhältnis
der Größe des auf
der zweiten Sonde erzeugten Signals zu der Größe des auf der ersten Sonde
erzeugten Signals betrachtet wird. Wenn dieses Verhältnis eine
gewisse vorbestimmte Grenze überschreitet,
dann wird ein Reinigen des Detektors erfordert.
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Vorteilhafterweise
umgibt die zweite Sonde im Wesentlichen die erste Sonde. Jede der
ersten und zweiten Sonde kann irgendeine von mehreren Formen annehmen;
z.B. kann mindestens eine von den Sonden in der Form eines Stabs (der
von kreisförmigem
Querschnitt sein kann), eines Rings oder einer Säule vorliegen.
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Der
Teilchendetektor kann so angeordnet sein, dass, wenn der Detektor
auf einem Kanal montiert ist, beide Sonden in einen Strom von Teilchen, die
im Kanal strömen,
vorstehen. Alternativ kann der Teilchendetektor so angeordnet sein,
dass, wenn der Detektor auf einem Kanal montiert ist, keine Sonde
in einen Strom von Teilchen, die im Kanal strömen, vorsteht. Vorzugsweise
ist der Teilchendetektor so angeordnet, dass, wenn der Detektor
auf einem Kanal montiert ist, die zweite Sonde nicht in einen Strom von
Teilchen, die im Kanal strömen,
vorsteht. Wenn beide Sonden in den Teilchenstrom vorstehen, sollte die
zweite Sonde so angeordnet sein, dass sie ein signifikant kleineres
Signal erzeugt, das dem Teilchenstrom zuschreibbar ist, als das
Signal, das durch die erste Sonde erzeugt wird. Das Verhältnis der
Signale von den zwei Sonden würde
ungefähr
konstant bleiben, wenn der Detektor nicht verunreinigt wurde, aber
ein Verhältnis,
das signifikant von diesem konstanten Wert verschieden ist, würde anzeigen,
dass der Detektor verunreinigt wurde. Selbst wenn sich die zweite
Sonde außerhalb
des Luftstroms befindet, ist es möglich, dass die zweite Sonde
ein Niedrigpegelsignal detektiert, das dem Strom von Teilchen zuschreibbar
ist.
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Auch
gemäß der Erfindung
wird eine Vorrichtung zum Detektieren von Teilchen, die in einem
Kanal strömen,
bereitgestellt, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Teilchendetektor,
der eine erste Sonde und eine zweite Sonde umfasst, eine Einrichtung zum Überwachen
eines Fehlersignals, das auf der ersten Sonde erzeugt wird, und
eine Einrichtung zum Überwachen
eines Fehlersignals, das auf der zweiten Sonde erzeugt wird, dadurch
gekennzeichnet, dass die erste und zweite Sonde in Bezug zueinander
so angeordnet sind, dass, wenn der Teilchendetektor auf einer Struktur
montiert ist, die zweite Sonde zwischen der ersten Sonde und der
Struktur positioniert ist, die erste und zweite Sonde im Wesentlichen voneinander
und von der Struktur elektrisch isoliert sind und die zweite Sonde
ein signifikant kleineres dem Teilchenstrom zuschreibbares Signal
erzeugt, als das Signal, das durch die erste Sonde erzeugt wird,
so dass, wenn der Teilchendetektor durch Verunreinigungen verunreinigt
ist, das Fehlersignal auf beiden Sonden erzeugt wird, so dass die
Anwesenheit des Fehlersignals auf der zweiten Sonde anzeigt, dass
das auf der ersten Sonde erscheinende Signal ein Fehlersignal umfasst.
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Die
Einrichtung zum Überwachen
des Signals, das auf der zweiten Sonde erzeugt wird, kann eine elektronische
Schaltungsanordnung sein, die im Wesentlichen identisch in der Konstruktion
mit derjenigen ist, die verwendet wird, um das Signal zu überwachen,
das auf der ersten Sonde erzeugt wird. Die Einrichtung zum Überwachen
des Signals, das auf der zweiten Sonde erzeugt wird, kann von der
Einrichtung zum Überwachen
des Signals, das auf der ersten Sonde erzeugt wird, im Wesentlichen
unabhängig
sein. Alternativ kann die Einrichtung zum Überwachen des Signals, das
auf der zweiten Sonde erzeugt wird, die Einrichtung zum Überwachen
des Signals, das auf der ersten Sonde erzeugt wird, verwenden.
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Die Überwachungseinrichtungen
können Einrichtungen
umfassen, um Wechselstromkomponenten der Signale zu überwachen,
und können
weiter eine Filterschaltungsanordnung umfassen, die Gleichstromkomponenten
von den Signalen entfernt. Alternativ können die Überwachungseinrichtungen Einrichtungen
zum Überwachen
von Gleichstromkomponenten der Signale umfassen.
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Auch
wird gemäß der Erfindung
eine Teilchendetektionsanlage bereitgestellt, umfassend einen Kanal
und einen Teilchendetektor, wie oben beschrieben. Auch wird gemäß der Erfindung
eine Teilchendetektionsanlage bereitgestellt, umfassend eine Vorrichtung
zum Detektieren von Teilchen, die in einem Kanal strömen, wie
oben beschrieben. Beide Sonden können
in den Strom von Teilchen vorstehen. Alternativ steht keine Sonde
in den Strom von Teilchen vor. Vorzugsweise steht die zweite Sonde
nicht in den Strom von Teilchen vor. Der Kanal kann ein Kamin sein.
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Auch
wird gemäß der Erfindung
ein Verfahren zum Detektieren von Verunreinigungen auf einem Teilchendetektor
bereitgestellt, umfassend: Bereitstellen eines Teilchendetektors,
der eine erste triboelektrische Sonde zum Detektieren von Teilchen, die
in einem Kanal strömen,
und eine zweite triboelektrische Sonde zum Detektieren eines Fehlersignals,
das durch Verunreinigungen auf dem Teilchendetektor erzeugt wird,
umfasst, wobei die zweite Sonde so angeordnet ist, dass sie ein
signifikant kleineres dem Teilchenstrom zuschreibbares Signal erzeugt,
als das Signal, das durch die erste Sonde erzeugt wird, und, wenn
der Teilchendetektor durch Verunreinigungen verunreinigt wird, das
Fehlersignal auf beiden Sonden erzeugt wird; und Überwachen der
Signale, die auf der ersten und zweiten Sonde erzeugt werden, so
dass die Anwesenheit des Fehlersignals auf der zweiten Sonde anzeigt,
dass das auf der ersten Sonde erscheinende Signal ein Fehlersignal
umfasst.
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Das
Signal von der zweiten Sonde kann fortlaufend über eine Überwachungsschaltungsanordnung überwacht
werden, die von einer Überwachungsschaltungsanordnung,
die verwendet wird, um das Signal von der ersten Sonde zu überwachen, im
Wesentlichen unabhängig
ist. Alternativ wird das Signal von der zweiten Sonde über eine Überwachungsschaltungsanordnung
intermittierend überwacht,
die verwendet wird, um das Signal von der ersten Sonde zu überwachen,
wobei die Überwachungsschaltungsanordnung
zwischen den zwei Sonden geschaltet wird. Das letztgenannte Verfahren
erfordert weniger Schaltungsanordnung aber das erstgenannte ermöglicht,
dass ein Überwachen
häufiger
durchgeführt
wird, ohne dass die erste Sonde offline genommen wird.
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Vorzugsweise
werden Wechselstromkomponenten der Signale, die auf der ersten und
zweiten Sonde erzeugt werden, überwacht.
Alternativ können die
Gleichstromkomponenten der Signale, die auf der ersten und zweiten
Sonde erzeugt werden, überwacht
werden. Alternativ können
die Signale einschließlich
sowohl Wechselstom- als auch Gleichstromkomponenten überwacht
werden.
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Die
vorliegende Erfindung liefert auch ein Verfahren zum Detektieren
von Verunreinigungen auf einem Teilchendetektor, wobei das Verfahren
umfasst: Bereitstellen eines Teilchendetektors, der auf einer Struktur
montiert ist und eine erste triboelektrische Sonde und eine zweite
Sonde umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sonde zwischen der
ersten Sonde und der Struktur positioniert ist, die erste und zweite
Sonde von einander und von der Struktur im Wesentlichen elektrisch
isoliert sind und relativ zueinander so angeordnet sind, dass, wenn der
Teilchendetektor durch Verunreinigungen, die ein Signal auf der
ersten Sonde erzeugen, verunreinigt wird, die Verunreinigungen auch
ein Signal auf der zweiten Sonde erzeugen; wobei das Verfahren den Schritt
eines Überwachens
des Signals umfasst, das auf der zweiten Sonde durch die Verunreinigungen erzeugt
wird.
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Eine
Vorrichtung zum Detektieren von Verunreinigungen auf einem Teilchendetektor
gemäß der Erfindung
wird nun nur als Beispiel mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben.
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1 ist
eine Querschnittsansicht eines Teilchendetektors gemäß der Erfindung.
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2 ist
eine schematische Darstellung der Signalverarbeitungsschaltungsanordnung,
die verwendet wird, um die Detektorverunreinigungskontrolle auszuführen.
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Der
in 1 dargestellte Teilchendetektor besteht aus einer
ersten Sonde 5 und einer zweiten Sonde 3, die
in der Wand eines Kamins 1 montiert sind, so dass sie in
einen Strom von Teilchen in den Kamin vorstehen. Die erste 5 und
zweite 3 Sonde sind durch eine erste Isolierschicht 4 voneinander elektrisch
isoliert, und die zweite Sonde 3 ist von der Kaminwand 1 durch
eine zweite Isolierschicht 2 elektrisch isoliert. Die Wand
des Kamins wird als elektrisches Nullpotenzial betrachtet; d.h.
sie ist das elektrische Bezugspotenzial.
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Wenn
der Teilchendetektor durch Verunreinigungen verunreinigt ist, die
als eine Signalquelle wirken, dienen die Verunreinigungen als eine
Spannungs- oder Stromquelle mit einer Verbindung an der ersten Sonde 5 und
der anderen an der Kaminwand 1 (und folglich Erde). Die
Spannungs- oder Stromquelle erzeugt auch ein Signal auf der zweiten
Sonde 3, da die zweite Sonde 3 zwischen der ersten
Sonde 5 und der Kaminwand 1 lokalisiert ist. Die
zweite Sonde 3 erzeugt deshalb ein Signal, wenn ein Fehlersignal,
das einer Verunreinigung des Detektors zuschreibbar ist, auf der
ersten Sonde 5 erzeugt wird.
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Die
Signale vom Detektor werden durch die in 2 dargestellte
Vorrichtung überwacht.
Signale von der ersten Sonde 5 werden im Hauptverstärkerkanal 6 gefiltert
und verstärkt,
und Signale von der zweiten Sonde 3 werden durch den Kontrollsondenverstärkerkanal 7 gefiltert
und verstärkt.
Eine Mikroprozessoreinheit 10 steuert die Kanäle so, dass
derselbe Pegel von Verstärkungsfaktor
und Empfindlichkeit in jedem aufrechterhalten wird.
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In
dieser beschriebenen Ausführungsform der
Erfindung wird in jedem der Verstärkerkanäle dieselbe Elektronik verwendet.
Die Signale von den Sonden 3, 5 laufen zuerst
zu Eingangsverstärkern 11, 12,
die Ausgangsspannungen von den Eingangssignalen liefern. Die Empfindlichkeit
der Eingangsverstärker 11, 12 kann
eingestellt werden, und diese Einstellung wird durch die Mikroprozessoreinheit 10 gesteuert.
Eine Empfindlichkeitseinstellung ermöglicht, dass die Vorrichtung
in Prozessen verwendet wird, die einen sehr breiten Bereich von
Teilchenstrompegeln abdecken, wobei die Empfindlichkeit gemäß dem Teilchenstrompegel
des Prozesses eingestellt wird. Die Empfindlichkeit wird typischerweise während einer
Instrumentenmontage festgelegt.
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Die
Signale treten als Nächstes
durch Hochpassfilter 13, 14 hindurch, die die
Gleichstromkomponente der Signale zusammen mit Wechselstromkomponenten
bei Frequenzen von bis zu einer gewissen oberen Frequenzgrenze herausfiltern.
In einem speziellen Beispiel der Erfindung kann diese Grenze etwa
0,1 Hz sein, aber der Wert der Grenze sollte so gewählt werden,
dass er für
den Prozess geeignet ist, in dem die Vorrichtung verwendet wird.
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Die
Signale treten dann durch Tiefpassfilter 15, 16 hindurch,
die Hochfrequenzkomponenten der Signale entfernen, einschließlich Hochfrequenzstörsignale.
Ein Tiefpassfiltern hilft, die Vorrichtung in Industrieumgebungen
robuster zu machen.
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Die
Signale laufen dann zu Verstärkern
mit geschaltetem Verstärkungsfaktor 17, 18,
die verwendet werden, um das Vermögen der Vorrichtung zu verbessern,
sich den stark variierenden Teilchenstrompegeln anzupassen, die
in einigen Prozessen erfahren werden; z.B. in Beutelfilteranwendungen, die
Reverse-Air-Jet-Reinigen verwenden, wo Teilchenimpulse sehr hoher
Amplitude während
des Reinigungszyklus erfahren werden können. Jeder Komponentenverstärker (drei
sind in jedem der zwei Verstärkerblöcke in 2 dargestellt)
ist ein Wechselstromverstärker
mit einem Verstärkungsfaktor,
der unabhängig
von 1 bis 16 geschaltet werden kann. Die Verstärker-Verstärkungsfaktoren werden durch
die Mikroprozessoreinheit 10 während eines normalen Systembetriebs
dynamisch eingestellt: die Mikroprozessoreinheit 10 ändert den
Verstärkungsfaktor
der Verstärker 17, 18 als
Antwort auf Variationen im Staubpegel.
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Die
Signale von den Verstärkern 17, 18 laufen
zu der Mikroprozessoreinheit 10. In dieser Einheit werden
die Signale verglichen, und wenn das Signal von den Kontrollsondenverstärkern 18,
verglichen mit dem Signal von den Hauptverstärkern 17, signifikant
ist, wird der Benutzer gewarnt, dass die Sonde verunreinigt ist.
Es mag sein, dass der Fehlersignalverhältnisschwellenwert, bei dem
die Bedienperson gewarnt wird, gemäß dem Signalpegel eingestellt werden
muss, da bei niedrigen Pegeln Hintergrundrauschen signifikant genug
werden kann, um zu bewirken, dass die zwei Signalpegel ungefähr gleich
sind, wohingegen bei höheren
Pegeln im Wesentlichen die Gesamtheit jedes Signals einem Teilchenstrom
oder einer Detektorverunreinigung zuschreibbar ist.
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Obwohl
die spezielle Ausführungsform,
die oben beschrieben worden ist, eine Schaltungsanordnung verwendet,
die die Wechselstromkomponenten der Signale von den Sonden überwacht,
könnte
die Erfindung auch in einem System verwirklicht werden, in dem die
Gleichstromkomponente von jedem der Signale überwacht wird.