FR2559585A1 - Oscilloscope numerique et procede de mise en oeuvre - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN OSCILLOSCOPE NUMERIQUE COMPORTANT UN INTERPOLATEUR SINUSOIDAL POUR REALISER UNE TRACE CONTINUE ENTRE LES REPRESENTATIONS DES VALEURS ECHANTILLONNEES. IL COMPORTE DES MOYENS 26-34 FONCTIONNANT EN SYNCHRONISME AVEC LADITE REPRESENTATION DE LA TRACE ET MODULANT DE MANIERE SELECTIVE CETTE TRACE POUR DISTINGUER LES VALEURS ORIGINALES PAR RAPPORT AUX VALEURS INTERPOLEES.

Description

"Oscilloscope numérique et procédé de mise en oeuvre", La présente

invention concerne un osciLlloscope

numérique et un procédé de mise en oeuvre, et plus particu-

lièrement un oscilloscope et son procédé de mise en oeuvre qui permettent à l'utilisateur de faire la différence entre des données échantillonnées originales et une information

obtenue par interpolation.

Un oscilloscope usuel à mémoire numérique échan-

tillonne une forme d'onde d'entrée selon un nombre élevé de points d'échantillonnage, convertit l'information analogique échantillonnée sous forme numérique et mémorise l'information

numérique résultante dans une mémoire d'ordinateur. L'infor-

mation numérique est extraite de manière répétitive et conver-

tit à nouveau sous forme analogique en vue de sa représentation

sur l'écran d'un tube à rayons cathodiques.

Les échantillons mis sous forme numérique de la forme d'onde d'entrée représentent des points discrets sur la forme d'onde et afin d'éviter la représentation d'une trace discontinue constituée seulement de ces points, on emploie fréquemment un dispositif d'interpolation pour fournir une

trace obtenue par interpolation entre les points initiaux.

Un interpolateur qui convient comprend un interpolateur sinu-

soldal ou un interpolateur présentant une caractéristique en sin X/X qui est adaptée pour fournir une trace régulière ou en

forme de sinusoïde entre les points de données d'origine.

Cependant, le même interpolateur qui dessine de manière cor-

recte une information d'onde sinusoïdale provenant de la mémoire

introduit également ce qui apparait comme une oscillation pré-

maturée ou une suroscillation sur une information en forme d'impulsions ou sur une information présentant des temps de

montée et de descente rapides. La suroscillation et l'oscilla-

tion parasite peuvent assombrir la forme d'onde véritable.

Selon une des solutions possibles, on munit un oscilloscope à mémoire numérique de plus d'un interpolateur, par exemple un interpolateur pour des informations sinusoïdales 2. et un autre présentant une bQnne réponse aux impulsions mais

manquant de capacité à interpoler des ondes sinusoïdales.

L'utilisateur de l'oscilloscope doit choisir entre les deux affichages différents de forme d'onde pour la même séquence de données saisies et l'affichage ne peut jamais être entière-

ment précis.

Conformément à la présente invention, un oscillos-

cope numérique comprend une interpolation sinusoïdale pour ef-

fectuer une interpolation entre les valeurs d'échantillonnage originales et un affichage graphique tel qu'un tube à rayons cathodiquesqui fournit une représentation sous forme de trace

à la fois des valeurs originales et des valeurs interpolées.

La trace des moyens d'affichage graphique est modulée de ma-

nière sélective en synchronisme avec la représentation des échantillons originaux en vue de distinguer les parties de la trace liées aux échantillons originaux des parties de la trace qui sont fournies par interpolation. Selon un mode de réalisation préféré, l'axe des Z du tube à rayonscathodiques est modulé pour fournir une intensité de trace plus forte pour

les parties de la trace correspondant aux échantillons origi-

naux alors qu'une intensité variable plus faible décrit les valeurs obtenues par interpolation. Le taux de différenciation

entre les parties de trace est réglable.

C'est donc un objet de la présente invention de

fournir un oscilloscope numérique avec une représentation amé-

liorée faisant la différence entrel'information échantillonnée

originale et l'information obtenue par interpolation.

C'est un autre objet de la présente invention de fournir un oscilloscope numérique amélioré qui ne nécessite

pas plusieurs dispositifs d'interpolation.

C'est encore un autre objet de la présente invention

de fournir un procédé amélioré demise en oeuvre d'un oscillos-

cope numérique pour mettre en valeur des données originales

séparément de données obtenues par interpolation.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-

tion ressortiront de la description qui suit et des dessins

3. ci-annexés sur lesquels; - la figure 1 est un schéma partiellement sous

forme synoptique et partiellement SQUS forme de schéma re-

présentant un circuit d'oscilloscope numérique conforme à la présente invention; - la figure 2 est un schéma partiellement sous forme synoptique et partiellement sous forme schématique qui représente une partie du circuit de la figure 1 dans un mode de réalisation analogique; - la figure 3 est un schéma partiellement sous forme synoptique et partiellement sous forme schématique,

représentant une partie du circuit 1 dans un mode de réali-

sation numérique; - la figure 4 représente une forme d'onde "carrée" telle qu'elle est représentée sur un oscilloscope numérique à tube cathodique comportant une interpolation sinusoïdale, - la figure 5 représente l'affichage d'une forme d'onde du type fourni conformément à la présente invention

dans laquelle les données originales sont accentuées par rap-

port aux données obtenues par interpolation, et - la figure 6 représente une représentation de forme d'onde comprenant seulement des échantillons de données originaux. Sur les dessins joints, la figure 1 représente une partie d'un oscilloscope numérique à mémoire ou de la combinaison d'un oscilloscope numérique et d'un oscilloscope

analogique de type usuel mettant en oeuvre la présente inven-

tion. Un signal d'entrée reçu sur une borne 10 est amplifié

par un amplificateur d'entrée 12 et reçu par un codeur numéri-

que ou convertisseur analogique - numérique 14 dans lequel

le signal d'entrée est transformé en une pluralité d'échantil-

lons numériques qui sont successivement représentatifs de l'amplitude de la forme d'onde d'entrée. Le codage numérique consiste ainsi à échantillonar et à quantifier l'information d'entrée. Une base de temps 16 est commandée par une horloge 4. numérique précise pour cadencer le processus de conversion

analogique-numérique et mémoriser les données dans une mé-

moire numérique 18. La fréquence à laquelle ceci se produit

est la vitesse de codage numérique ou la vitesse d'échantil-

lonnage du dispositif. Une fois que les données sont mémori- sées dans la mémoire numérique 18, elles peuvent être lues

à une cadence désirée et reconstituées en vue de l'affichage.

Dans le circuit de la figure 1, l'information se

trouvant dans la mémoire 18 est lue et fournie à un inter-

polateur 20 qui engendre des points ou valeurs additionnels entre les valeurs d'échantillonnage qui sont initialement mises en mémoire dans la mémoire 18 et ces valeurs obtenues

par-interpolation sont réparties entre les valeurs d'échan-

tillonnage originales en vue d'être appliquées à un générateur de vecteur 22. Le générateur de vecteur 22 relie" ou en fait

tire des lignes entre les valeurs d'échantillonnage successi-

ves et les valeurs obtenues par interpolation afin de fournir une sortie pour commander l'appareil de déviation de moyens d'affichage graphique 24 comprenant de préférence un tube à rayons cathodiques. Le tube à rayons cathodiques 24 et/ou

le générateur de vecteur 22 sont également sensibles à l'in-

formation de déplacement horizontal ou commande de balayage

de base de temps de manière usuelle.

L'interpolateur 20 comprend un interpolateur sinu-

soldal, c'est-à-dire un interpolateur qui est essentiellement conçu pour reproduire des ondes sinusoilde ou des informations

qui comportent essentiellement des composantes d'onde sinu-

so!dales. Par conséquent, un signal d'entrée présentant une composante d'ondes sinusoldales(à des fréquenes inférieuresà iune

fréquence prédéterminée qui est égale à la moitié de la vi-

tesse de codage numérique)sera décrit de manière précise en utilisant l'interpolateur sinusoïdal. Cependant, lorsqu'il s'agit d'ondes carrées ou de formes d'ondes d'entrée qui présentent des temps de montée ou de descente rapides, il en résulte une oscillation parasite ou ce qui apparatt comme

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5. une oscillation prématurée ou une suroscillation sur les fronts des impulsions. La figure 4 illustre l'affichamge d'une forme d'onde telle qu'elle est affichée sur le tube à rayons cathodiques 24 de la figure 1 après uneinterpolation par l'interpolateur sinusoïdal 20. Les échantillons origi- naux réels de l'onde carrée d'entrée sont représentés sur la figure 6 et ils comprennent une série de points, repérés

en 21, qui décrivent de manière précise l'onde carrée.

Conformément à la présente invention, la modula-

tion dans l'axe des Z du tube à rayons cathodiquE 24 est commandée -ou bien le faisceau d'électrons du tube à rayons

cathodiques est modulé - d'une manière telle que l'informa-

tion obtenue par interpolation est séparée des points origi-

naux échantillonnés, par exemple comme représenté sur la

figure 5. Ce procédé d'affichage offre des avantages signi-

ficatifs par rapport à un affichage continu, par exemple l'affichage de la figure 4, du fait que l'observateur sait

toujours quels points d'affichage étaient des points de don-

nées originaux et quels points ont été ajoutés par le dis-

positif. Dans le cas d'une onde carrée, les points originaux montrent le temps de montée rapide sans suroscillation ou

oscillation parasite. A partir des points originaux, l'uti-

lisateur peut faire des mesures de temps de montée dans les meilleures conditions et il peut facilement dire si la forme

d'ondes contenait une quantité significative de l'oscilla-

tion parasite réelle en dessous de la valeur de NYQUIST.

En se référant de nouveau à la figure 1, on voit

que l'invention est mise en oeuvre en utilisant un multivi-

brateur monostable 26 qui commande un transistor 28 dont l'émetteur est relié à la borne d'entrée de l'amplificateur opérationnel 30 de l'axe des Z. L'amplificateur 30 commande le canon à électrons du tube à rayons cathodiques 24 ou tout autre moyen de détermination de l'intensité et il

comporte une résistance de réaction 32 et une première ré-

sistance variable d'entrée 34 qui relie la borne d'entrée de l'amplificateur 30 à une tension positive. Le collecteur 6. du transistor 28 est relié à la même tension positive

au moyen d'une seconde résistance d'entrée variable 36.

Le multivibrateur monostable 26 est actionné

en réponse à la lecture des échantillons originaux pro-

venant de la mémoire 18 et il engendre une pulsation de sortie négative présentant une durée prédéterminée. Le cadencement de 1l'entrée fournie au multivibrateur 26 est déterminé de manière à être essentiellement en

coincidence avec la description sur le tube à rayons

cathodiques 24 des parties de forme d'onde correspondant

aux valeurs échantillonnées originales.

Lorsque l'impulsion de sortie négative du mul-

tivibrateur nmonostable 26 est appliquée au transistor 28, ce transistor est bloqué et seule la résistance d'entrée 34 est maintenue dans le circuit. La résistance 34 est

employée pour régler l'intensité des points échantillon-

nés originaux. Après l'extinction du multivibrateur mono-

stable 26, le transistor 28 revient à l'état conducteur et l'intensité de la trace sera ainsi commandée par la valeur réglable de la résistance 36 qui est en parallèle avec la résistance 34. Le gain de l'amplificateur est proportionnel au rapport négatif de la résistance de réaction à la résistance d'entrée; ainsi lorsque la résistance 36 est ajoutée en parallèle sur la résistance d'entrée 34, la sortie de l'amplificateur va augmenter dans un sens négatif ce qui entraîne que la trace est

moins lumineuse.

Le circuit est disposé de telle manière que l'intensité des points représentant les échantillons d'entrée est relativement constante étant donnée qu'elle est commandée par le réglage de la première résistance d'entrée 34, alors que la seconde résistance d'entrée 36 est réglée pour faire varier l'intensité de la trace

entre les points comme représentés sur la figure 5.

En effet, on peut diminuer la valeur de la résistance 36 7.

de telle manière que la partie de la trace obtenue par in-

terpolation disparaisse entièrement en laissant seulement les points des échantillons originaux comme représenté à la figure 6, ou bien la valeur de cette résistance peut être augmentée de telle manière que l'ensemble de la trace pré-

sente la même intensité comme représenté sur la figure 4.

La figure 2 représente un circuit comprenant une réalisation sous forme analogique de l'interpolateur et du générateur de vecteur de la figure 1. L'interpolateur 20 comprend de manière appropriée un registre d'adresses de

mémoire 38 qui reçoit la sortie du compteur 40 en vue d'adres-

ser des emplacements successifs de mémoire dans la mémoire numérique 18 (voir figure 1), emplacement dans lesquels sont mémorisés des échantillons d'entrée originaux sous forme de nombres numériques. Lgs valeurs numériques ainsi adressées

sont fournies sur un bus 60 ver un convertisseur numérique-

analogique 44 comportant un circuit échantilionneur-bloqueur 42. Le fonctionnement du circuit échantillonneur-bloqueur 42 est synchronisé avec le fonctionnement du registre d'adresses de mémoire 38 de telle manière que les valeurs analogiques

fournies successivements soient maintenues bloquées de ma-

nière temporaire pour fournir des entrées successives à un

élément à transfert de charges 46 à partir du circuit 42.

L'élément à transfert de charges 46 comprend avantageusement une ligne à retard analogique à 32 prises (TAD-32) ou un élément semi-conducteur à transfert de charges

fabriqué par la Société RETICON de SUNNYVALE en Californie.

Les étages de l'élément à chaine à seaux (bucket-brigade device) ccrportent des prises de sortie 47 dont seulement quatre parmiles

trente deux ont été représentées sur le dessin pour des rai-

sons de clarté. Les charges analogiques sont décalées le long

de la ligne à retard 46 selon la cadence à laquelle les nou-

velles valeurs analogiques d'informations sont présentées à ladite ligne à retard 46 à partir du circuit échantillonneur

bloqueur 42 au moyen d'un circuit de décalage (non représenté).

8.

Chacune des prises 47 de l'élément à trans-

fert de charge 46 est reliée à un circuit som2nteur 52 par l'intermédiaire d'un multiplicateur 48 qui est aménagé pour

recevoir un facteur de multiplication sur un conducteur 50.

Dans une version commerciale de l'élément à transfert de

charge précité Reticon (TAD-32), les facteurs de multipli-

cations peuvent être affichés par réglage d'une pluralité de potentiomètres. Les multiplicateurs 38 sont indiqués à titre d'explication. Le profil des facteurs de multiplication sur

les lignes 50 se rapproche avantageusement d'une caractéris-

tique en sinus X/X de manière à réaliser une interpolation

en sin. X/X.

Le résultat de l'interpolation, correspondant à l'espace entre une paire d'échantillons originaux, est envoyé sur une ligne de sortie 53 du circuit sommateur 52

et est appliqué par l'intermédiaire d'un circuit échantillon-

neur bloqueur 63 en tant qu'entrée au générateur de vecteur 22. Le générateur de vecteur 22 reçoit avantageusement une seconde entrée sur la ligne 55 à partir d'une prise choisie le long de la ligne à retard de l'élément à transfert de

charge 46, par exemple une prise proche du centre représen-

tant point d'échantillonnage original immédiatement adjacent à la position séquentielle de l'information de points obtenue

par interpolation et qui est fournie sur la ligne 53. Le gé-

nérateur de vecteur 22 peut comprendre tout circuit généra-

teur de vecteur approprié mais il est décrit ci-après à titre d'explication comme comprenant deux multiplicateurs 54 et 56 recevant respectivement des entrées analogiques sur

les lignes 59 et 55 et fournissant une sortie commune au mo-

yen d'une résistance sommatrice 58 à un amplificateur 61 de l'axe des Y qui pilote les organes de déviation verticale du

tube à rayonscathodiques24. Les multiplicateurs 54 et 56 re-

goivent des formes d'ondes à rampes croissante et décroissante respectivement en tant que facteur de multiplication de telle sorte que la sortie provenant du circuit sommateur 58 varie de manière régulière à partir de la valeur présentée sur la ligne 55 jusqu'à la valeur reçue à partir du circuit 9. échantillonneur bloqueur 63. Pendant une partie du cycle suivant immédiatement les formes d'ondes sont inversées et

la sortie commune revient à la valeur se trouvant sur la li-

gne 55. Entre temps, l'information a progressé d'une position le long de l'élément à transfert de charges 46. Comme indiqué, l'amplificateur 61 de l'axe des Y est branché pour faire fonctionner le dispositif de déviation verticale du tube à rayons cathodiques 24. L'axe des Z du tube à rayons cathodiques est commandé à partir de l'amplificateur 30 de l'axe des Z et fonctionne de la manière décrite ci-dessus. Dans le circuit qui est représenté, le tube à rayonscathodiques24 reçoit de manière appropriée sa déviation selon l'axe des X ou entrée de balayage de base

de temps, à partir d'un générateur de balayage (non repré-

senté) qui est commandé en synchronisme avec la représenta-

tion des échantillons de forme d'onde et de l'information

obtenue par interpolation.

La figure 3 représente une autre configuration

de circuit pour une partie de l'oscilloscope mettant en oeu-

vre la présente invention. Dans ce circuit, on réalise une interpolation en sin.X/X entre les points échantillonnés originaux en employant un microcesseur 62. On effectue une moyenne appropriée des points échantillonnés mémorisés

dans la mémoire 18 pour fournir des valeurs interpolées en-

tre les points originaux et les valeurs interpelées sont

également mémorisées dans la mémoire 18. Ainsi, l'informa-

tion originale et l'information obtenue par interpolation provenant de la mémoire 18 sont envoyées au générateur de

vecteur 22 par l'intermédiaire d'un bus 66 et d'un con-

vertisseur numérique-analogique 64. La sortie du générateur de vecteur commande l'organe de déviation du tube à rayons cathodiques 24 au moyendel'organe d'amplification 61 et peut commander à la fois la déviation horizontale et la déviation verticale du tube à rayons cathodiquesen fonction

des vecteurs spécifiés.

10. L'amplificateur selon l'axe des X 30 et le circuit associé pour accentuer de manière sélective les points de donnée originaux par rapport à l'information obtenue par interpolation fonctionnent de la même manière que décrite ci-dessus. Il y a lieu d'observer que le circuit de la figure 3 correspond en ce qui concerne le fonctionnement au circuit

décrit en référence à la figure 1 mais dans lequel l'interpo-

lation est réaliséed'une manière usuelle pour des oscilloscopes

numériques par le microprocesseur 62. Le multivibrateur mono-

stable 26 est synchronisé dans son fonctionnement par le microprocesseur 62 de telle manière que l'amplificateur selon l'axe des Z 30 fait varier l'intensité de la trace du tube à rayons cathodiques en synchronisme avec la représentation des

points de donnée originaux en opposition à l'information obte-

nue par interpolation.

Bien que la modulation de la représentation sur le tube à rayonscathodiques relativement à l'intensité a

été décrite ci-dessus comme étant la méthode pour faire ressor-

tir des données originales dans la trace par rapport à des données

obtenues par interpolation, il est évident que l'on peut utili-

ser d'autres formes de modulation ou de représentation de la sortie de la trace pour distinguer les données originales et les données obtenues par interpolation. Par exemple, on peut moduler la trace de sortie dans un tube à rayonscathodiquesen couleur de telle manière que les données originales soient présentées

dans une couleur différente de l'information obtenue par inter-

polation.

La description n'a été fournie qu'à titre

d'exemples illustratifs et nullement limitatif et il est évident que J'on peut y apporter des modifications ou variantes sans

pour autant sortir du cadre de la présente invention.

11.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1 ) Oscilloscope numérique adapté pour échantillon-

ner un signal d'entrée et fournir des valeurs d'échantillonna-

ge en vue de la représentation sur un organe d'affichage gra-

phique (24), caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens (20;38,40,42, 44,44-48,52,53,55,59,63;

62,64,66) pour réaliser une interpolation entre lesdites va-

leurs en vue de fournir d'autres valeurs, ledit organe d'af-

fichage graphique (24) étant sensible pour la représentation d'une trace à la fois aux valeurs originales et aux autres valeurs pour former une trace plus continue, - et des moyens (26,28,30,32,34) fonctionnant en synchronisme avec ladite présentation d'une trace et destines à moduler de manière sélective ladite trace pour distinguer les parties de ladite trace qui sont fonction desdites valeurs

originelles par rapport aux autres valeurs produites par inter-

polation. 2 ) Oscilloscope numérique selon la revendication 1, avec mémorisation du signal d'entrée et dans lequel l'organe d'affichage graphique est constitué par un écran de tube à rayons cathodiques, caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens (30,32) pour fournir une modulation suivant l'axe des Z du faisceau électronique dudit tube à rayons cathodiques, et - des moyens (26,28,34,36) sensibles aux valeurs échantillonnées et destinées à commander lesdits moyens de modulation selon l'axe des Z en vue d'augmenter l'intensité de la trace représentant lesdites valeurs échantillonnées en comparaison avec les valeurs obtenues par interpolation

entre les valeurs échantillonnées.

3 ) Oscilloscope numérique selon la revendication 2, dans lequel les valeurs échantillonnées sont mémorisées dans une mémoire, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (38,42) sensibles à la lecture des valeurs échantillonnées provenant de ladite mémoie en vue de commander lesdits moyens

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12. de modulation selon l'axe des Z pour augmenter l'intensité de la partie de la trace représentative de chaque échantillon

pendant une période de temps prédéterminée.

4 ) Oscilloscope numérique selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de modulation selon l'axe des Z comprennent un amplificateur opérationnel (30) et en ce que lesdits moyens (38,42) sensibles à la lecture des valeurs échantillonnées comprennent un multivibrateur monostable (26) et des éléments à transistor (28) qui sont actionnés par ladite lecture en vue d'augmenter la résistance

d'entrée dudit amplificateur opérationnel (30).

) Oscilloscope numérique selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit amplificateur opérationnel (30) comporte une première résistance d'entrée variable (34) et en

ce que lesdits moyens (38,42) sensibles à la lecture des va-

leurs échantillonnées comprennent une deuxième résistance d'entrée variable (36) branchée en série avec ledit élément à transistor (28) et la borne d'entrée dudit amplificateur

opérationnel (30).

6 ) Oscilloscope numérique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'interpolation

d'une onde synusoldale qui sont sensibles à des valeurs mémo-

risées en vue de fournir des valeurs interpolées entre lesdites

valeurs mémorisées, ledit tube à rayons cathodiques (24) re-

cevant le signal de sortie desdits moyens d'interpolation (20,22) en vue de représenter selon une trace, à la fois les valeurs originales mémorisées et les valeurs intercalaires obtenues par interpolationet des moyens synchronisés avec

la représentation des parties de la trace qui sont représen-

tatives desdites valeurs originales en vue de commander les-

dits moyens de modulation selon l'axe des Z pour augmenter

l'intensité de telles parties de traces.

) Oscilloscope numérique selon la revendication 6, caractérisé en ce que les valeurs numériques mémorisées

dans la mémoire sont reconverties en valeurs analogiques.

13. 8 ) Procédé de mise en oeuvre d'un oscilloscope numérique comportant une mémoire (18) dans laquelle des valeurs représentatives d'échantillonsd'un signal d'entrée sont mémorisées et des moyens d'affichage graphique (24) sur lesquels on représente une trace représentative des- dits échantillons, ledit procédé étant caractérisé par les étapes suivantes: - réalisation d'une interpolation entre lesdites

valeurs pour fournir d'autres valeurs et actions sur la-

dite trace pour qu'elles représentent les autres valeurs aussi bien que les valeurs originales, et

- modulation de la trace desdits moyens d'affi-

chage graphique (24) en synchronisme avec la représentation desdites valeurs originales pour distinguer les parties de ladite trace produitespar lesdites valeurs originales

desdites autres valeurs produites par interpolation.

9 ) Procédé selon la revendication 8 pour la mise en oeuvre d'un oscilloscope numérique dans lequel les moyens d'affichage graphique sont constitués par un tube à rayons cathodiques (24), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes:

- réalisation d'une interpolation en onde sinu-

soldale entre lesdites valeurs en vue de fournir d'autres

valeurs et action sur ladite trace pour qu'elle repré-

sente lesdites autres valeurs aussi bien que les valeurs originales, et augmentation relative de l'intensité de la trace

dudit tube à rayons cathodiques qui est représentative des-

dits échantillons par rapport à la représentation desdites

autres valeurs.