DE2056998A1

DE2056998A1 - Peakintegrator

Info

Publication number: DE2056998A1
Application number: DE19702056998
Authority: DE
Inventors: Ernst 7773 Nussdorf Spreitzhofer
Original assignee: Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
Current assignee: PE Manufacturing GmbH
Priority date: 1970-11-20
Filing date: 1970-11-20
Publication date: 1972-05-25
Also published as: US3742202A

Description

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■kernst -fc. frUeisse Bökenbusch 41

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Dipl.-Phys. gfürgen vUeisse Telex 8516895

Patentanwälte 2056998

Patentanmeldung

Bodenseewerk Perkin Eimer

& Go. GmbH, Überlingen/Boäensee

Peakint egrator

Die Erfindung "betrifft einen Peakintegrator mit- einem die Peakintegration eines Meßsignala einleitenden Neigungadetektor, welcher letztere periodisch den Signalanstieg während vorgegebener, durch einen Programmgeber bestimmter Meßzeitintervalle jeweils mit einem Schwellwart vergleicht, wobei der Integrator von dem Ergebnis dieses Vergleichs steuerbar ist.

Es ist ein Peakintegrator dieser Art vorgeschlagen worden (Patentanmeldung P 19 o3 698.7) bei welchem das Meßsignal über einen Summierverstärker und eine Integrationsstufe Schaltstufen ansteuert, deren Ausgänge Impulsfolgen auf einen Zähler aufschalten. Der Zählerstand wird durch einen Digitalr-Analog-Wandler in ein analoges Signal umgesetzt, welches an dem Summierverstärker das Meßsignal kompensiert. Diese Aufschaltung der Impulsfolgen erfolgt während eines relativ kurzen Abgleichzeitintervalla. Auf

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jedes Abgleichazeitintervall folgt ein Meßzeitintervall, und es wird der Signalanstieg während dieses festen Meßzeitintervalls beobachtet. Zu diesem Zweck liegen am Ausgang der Integrationsstufe Schaltstufen, die kippen, wenn vorgegebene Sohwellwerte des Meßsignalintegrala überschritten werden. Bei festem Meßzeitintervall ist dieses Integral proportional dem Anstieg des Meßsignala. Diese letzteren Schaltstufen steuern eine Auswerter-Logikschaltung, welche ein Steuersignal liefert, von dem Zeitpunkt an, wo der Anstieg des Meßsignals einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, bis zu dem Zeitpunkt, in welchem nach Durchlaufen eines Maximums (Umkehr des Vorzeichens des Anstiegs) der Signalanstieg einen festen Schwellwert wieder unterschreitet. Bei einer solchen Anordnung werden alle Meßsignaländerungen, die während des Mtßaeitiatervalla einen bestimmten Wert nicht überschreiten, während des nächsten Abgleichazeitintervalla kompensiert, so daß sich an der Integrations stufe vor Auftreten eines Peaks das Signal Null einstellt. Es wird dann ermittelt, wie sich das Signal im Verlaufe der nächsten Me^rßzeit ausgehend von diesem Zustand ändert. Die Integrationsstufe sorgt dabei dafür, daß der Einfluß kurzzeitiger Störspitzen im Meßsignal unterdrückt wird und nicht zu einer Pehlschaltung führt.

Wenn bei einem aolchen Peakintegrator die Integration des Meßsignalpeaks in dem Augenbliok eingeleitet wird, wo der Vergleich ein über den Schwellwert hinausgehenden

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Signalanstieg ergibt, dann wird das Meßsignal während dieses Meßzeitintervalls noch nicht integriert. Es entsteht hierdurch ein Fehler in der Integration, da, wie der Vergleich zeigt, in dem betreffenden Meßzeitintervall der Peakanstieg bereits begonnen hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Peakintegrator der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß der geschilderte Fehler der Integration vermieden wird und auch das Meßzeitintervall bei der Integration berücksichtigt wird, in welchem erstmals ein den Schwellwert überschreitender Signalanstieg registriert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der ständig von dem Iueßsignal beaufschlagte Integrator durch ein Rückstellsignal von dem Programmgeber zu Beginn jedes Meßzeitintervalls auf null rückstellbar ist aber das Rückstellsignal bei Überschreiten des Schwellwertes gesperrt wird. \

Es erfolgt also während jedes einzelnen Lleßzeitintervalles eine Integration des Keßsignals. Das Ergebnis dieser Integration wird gelöscht, wenn der ließ signalanstieg während dieses Ließ zeitint ervalles den Schwellwert nicht erreicht. Wenn jedoch der Schwellwert erreicht wird, dann wird das Rückstellsignal gesperrt

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und der Integrator integriert weiter solange der Peak auftritt. Das Integral hat auf diese Y7ei.se auch den Heßsignalanstieg während des ersten Ließ zeitint ervalles des Peaks mit erfaßt.

Die Erfindung kann in der Weise verwirklicht werden, daß der Neigungsdetektor einen Summierverstärker und einen Invertivverstärker enthält, daß das Ausgangssignal des Invertivverstärkers einmal über einen ersten Schalter auf eine erste Integrationsstufe geschaltet ist, deren Ausgang zusammen mit dem Iießsigncl an dem iiummierverstärker anliegt, und zum anderen auf eine zweite Integrationsstufe, die durch einen zweiten Schalter auf null rückstellbar ist und deren i,usgan{- Kora^aratoren für den Schwellwertvergleich beaufschlagt, und daß von dem Programmgeber der erste Sch-: lter periodisch während Abgleichzeitintervallen und der zweite Schalter zu Beginn der dazwischenliegenden Lief zeitintervalle geschlossen wird.

Durch den Invertivverstärker erfolgt eine Vorzeichenumkehrung des Sumraierverstärkerouagan/eK, so daß von dem Invertivverstärker ein Signal erzeugt -.vird, welches für die Kompensation dieses ersteren Signals geeignet ist. Dieses invertierte bignal wird während der Abgleichszeit über eine Integra ticns stufe auf den Ein-

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gang des Summierverstärkers geschaltet und bringt diesen Eingang immer wieder auf null. Wahrend der Meßzeit hleibt der besagte erste Schalter .geöffnet, so daß das Jlusga-ngssignal des Summierverstärkers nach Maßgabe der Änderung des !leßsignals ansteigt. Entsprechend steigt das invertierte Signal am Ausgang des Invertiwerstärkers an. Dieses Signal wird über den zweiten Integrator, der zu Beginn des Meßzeitintervalles auf null zurückgestellt worden war, integriert* Bas Ausgangssignal des zweiten Integrators ist wagen der festen lange· des Maß zeitintervalles proportional zu dem Signalanstieg. Dieses Signal wird durch Komparatoren mit vorgegebenen Schwellwerten verglichen.

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Es kann dann vorgesehen sein, daß der Integrator einen Zähler enthält, in welchen Impulse mit einer dem Meßsignal proportionalen Frequenz eingezahlt werden, daß der Programmgeber über ein UID-Grlied zu Beginn jedes IJeßzöitintervalls einen Elicits tellimpuls auf den Zähler gibt und daß die Komparatoren eine Auswerter-Logik-Schaltung steuern, die das 'UHD-Glied bei Überschreitung des Schwellwartes über einen zweiten Eingang des UlID-G-liedes sperren.

Ein Ausführung^beispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert':

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Fig. 1 zeigt einen Neisungsdtektor bei einem Peakintegrator nech der Erfindung.

i«'ng. 2 veranschaulicht die Steuern¹,^ l?s tategra-

tors in Abhängigkeit von dem Neiguiigsdtektor nach Fig.i.

■ Ein Meßsignal liegt an einer ^ingangskiemme A und wird über einen Widerstand H1 einem Summierverstärker V1 augeführt. Der Summierverstärker V1 erhält ein zweites Signal in noch zu beschreibender Weise über einen Widerstand R2. Mit R 3 ist der Gegenkopplungswiderstand des Summierverstärkers V1 bezeichnet. Der Ausgang des Summierverstärkers V1 liegt an einem Invertiwerstärker V 2 mit den Widerständen R4 und R5 an. Am Ausgang B des Invertiwerstärkers entsteht damit ein Signal, dessen Polarität der Polarität des Signals an deia Summierverstärker gleichgerichtet ist. Dieses Signal an dem Ausgang B wird über einen Widerstand R6 und einen Schalter S1 auf eine Integrationsstufe geschaltet, bestehend aus einem Verstärker

' V3 mit einem Kondensator C1 in der Gegenkopplung, der mit dem Widerstand R6 einen Millerintegrator bildet. Der Ausgang der ersten Integrationsstufe wird über den Widerstand R2 auf den Eingang des Summierverstärkers V1 geschaltet. Wenn der Schalter S1 geschlossen ist, dann tritt

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2 ü 9 D 2 7 / I) 7 9 K

im Punkte B ein Signal auf, dessen Polarität der Polarität des Meßsignals im Punkte A gleichgerichtet ist. Dieses Signal wird von dem ersten Integrator integriert und dem Meßsignal entgegengeschaltet bis ein Abgleich erfolgt ist, das Signal im Punkte B also verschwindet. Von einem Programmgeber P wird der Schalter S1 periodisch während eines "Abgleichezeitintervalles" geschlossen. Zwischen den Abgleichszeitintervallen ist der Schalter S1 geöffnet, diese zwischen den Abgleichszeitintervallen liegenden Zeitintervalle sind nachstehend als "Meßzeitintervalle" bezeichnet.

Das Signal im Punkte B wird außerdem über einen Widerstand R 7 auf eine zweite Integrationsstufe gegeben, bestehend aus dem Verstärker V4 und einem im Gekopplungszweig liegenden Kondensator C2. Parallel zu dem+ Kondensator C2 liegt ein Schalter S2. Der Verstärker V4 mit dem Widerstand R7 und dem Kondensator 02 bildet ebenfalls einen Millerintegrator. Der Schalter S2 wird von dem Programmgeber P zu Beginn jedes Meßzeitintervalles geschlossen, so daß also in diesem Zeitpunkt die zweite Integrationsstufe auf null zurückgestellt ist. Das integrierte Signal erscheint im Punkt C. Dieses Signal wird auf zwei Komparatoren K1 und K2 gegeben, welche das Signal im Punkte C mit einem oberen positiven und einem unteren negativen Schwollwert vergleichen. Die Komparatoren K1 und K2 steuern eine Auswerter-

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Logikschaltung L.

Die Auswerter-Logikschaltung kann beispielsweise so ausgebildet sein, wie es in der deutschen Gffenlegungsschrift 1 9o3 698 (Mg. 3) dargestellt ist.

y Das Meßsignal wird außerdem auf ein Analog-Digital-Wandler A/D gegeben, welcher eine dem Meßsignal proportionale Impulsfolge erzeugt. Diese Impulsfolge wird in einen Zähler Z eingezählt. Zu Beginn jedes Hei3zeitintervalles wird von dem Programmgeber P ein Rückstellimpuls auf den Zahler Z gegeben und der Zählerstand gelöscht. Dieser Rückstellimpuls wird jedoch über ein UHD-Grlied G geleitet. Das UMD-G-lied G- wird von dem Ausgang der Auswerter-Logikschaltung L gesteuert, und zwar derart, daß der Rückstellimpuls gesperrt wird, wenn der Ifeigungsdetektor (Fig. 1) einen den 3chv/ellwert überschreitenden Signalanstieg registriert.

Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:

Über die erste Integrationsstufe Tb, 01, R6, wird während der Abgleichszeitintervalle, während welcher der Schalter S1 geschlossen ist, aus iüeßsignal am Eingang A jedesmal kompensiert. Zu Beginn jedes lueßzeitintervalles ist also das Signal dem Punkt B null. Zu Beginn

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jedes Meßzeitintervalles wird der Schalter S2 kurzzeitig geschlossen und damit die zweite Integrationsstufe V4_r R7, 02 auf null zurückgestellt. Während des Meßzeitintervalles sind dann die Schalter S1 und S2 geöffnet. Bei einer Abweichung des Meßsignals von dem abgeglichenen Wert, also einem Signalanstieg tritt ein diesem Anstieg entsprechendes Signal im Punkte B auf. Dieses Signal wird durch die zweite Integratiοnsstufβ integriert. Diese Integration *hat Hen Zweck, den Einfluß kurzzeitiger Signalspitzen, die auf Störspannungen zurückzuführen sind, zu unterdrücken. Am Ende des Meßzeitintervalles tritt im Punkte C ein Signal auf, welches proportional zu dem Signalanstieg ist. Wenn man einen linearen Signalanstieg annimmt, dann ist das Integral gleich der Fläche eines Dreiecks mit der konstanten Grundlinie tw- (Meßzeitintervall) und einer Höhe, die gleich dem Signalanstieg während der Meßzeit ist.

Das Signal im Punkte C beaufschlagt zwei Komparatoren Kt und K2, welche das Signal mit vorgegebenen Schwellwerten vergleichen. Es kann sich dabei um Schaltstufen handeln, die bei Erreichen des Schwellwertes aus einem Zustand in einen anderen Zustand kippen. Die Komparatoren Kt und K2 steuern eine Auawerter-Iogikschaltung L, die bei Überschreiten des Schwellwertes das UND-G-lied bzw. G-atter Gr sperrt.

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Das Meßsignal wird durch den Analog-Digital-Wandler in eine Impulsfolge mit zum Meßaignal proportionaler Impulsfrequenz umgesetzt, die in den Zähler Z laufend eingezählt wird. Der Zähler Z wird über einen Rückstellimpuls von dem Erogrammgeber P zu Beginn jedes Meßzeitintervalles

m auf null zurückgestellt. Wenn jedoch während eines solchen Meßzeitintervalles der Sohwellwert an den Komparatoren K1 oder K2 überschritten wird, dann sperrt die Auswerter-Logik L über das Gatter Gr diesen Rüokstellimpuls. Die während dieses Meßzeitintervalles in den Zähler eingezählten Impulse, die dem Integral des Meßsignals über das besagte Meßzeitintervall entsprechen, bleiben also in dem Zähler gezählt, und der Zähler zählt dann weiter und integriert die Fläche unter dem Peak. Dieses Integral enthält aber auch bereits das erste Meßzeitintervall, in welchem ein Peakanatieg festgestellt wurde. Ein systematischer Fehler, wie er bei vorbekanaten Schaltungen dieser Art auftreten kann,

Γ wird hierdurch vermieden. Das ist von besonderer Bedeutung für scharfe Peaks, bei denen ein solcher Fehler zu einer nicht vernachlässigbaren Verfälschung des Integrationsergebnisses führen könnte.

Durch Veränderung der Meßzeit t^ kann die Eapfindliohkeit des !Teigungsdetektors eingestellt werdtn.

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Für die Erfindung ist es wichtig, daß ein Heigungsdetektör verwendet wird, welcher den Signalanstieg während eines bestimmten Meßzeitihtervalles vorzugsweise durch eine Integration ermittelt, da hierdruch eine
Berücksichtigung der Peakfläche in diesem ersten Meßzeitintervall ermöglicht wird. Mit einem Beigungsde~ tektor, der mit einer Differentiation des Meßsignals arbeitet, geht auf jeden Fall ein Teil der Peakfläche verloren, der vor dem Erreichen des Schwellwertes der Signalanstiegsrate liegt.

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Claims

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Patentansprüche

Peakintegrator mit einem die Peakintegration eines Meßsignals einleitenden ITei&ungsdetektor, welcher letztere periodisch den Signalanstieg während vorgegebener, durch einen Programmgeber bestimmter ließzeitintervalle jeweils mit einem Schwellwert vergleicht, wobei der Integrator von dem Ergebnis dieses Vergleichs steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der ständig von dem ließ signal beaufschlagte Integrator (7) durch ein Rückstulisignal von aeia Programmgeber (P) zu Beginn jedes Lleßzeitintervalles (t,,-) £'uf null rücksteilbar ist aber das Eückü tail signal b-ji Überschreiten des Schwellwert-as resperrt wird.
2.) Peakintegr-3tor n?.ch Anspruch 1, dccurch gekennzeichnet, daß der Ueigungsoecektor einen Sumai erver stärker (V1 ) und einen Inver fcivver stürr.er (72) enthält, cU.ß das Ausgangssignal des Invertivversfcarkers (V2) einmal über einen ersten Schalter (o1} ruf eine erste Integrationsstui e (V3, G1, Iiβ) gescho'ltet ist, der Ausgang zusammen mit dem Z'.e.:.·sL{j..m 1 an dem Suiuiiierverstürker (71) anliegt, un·.: sun -uderen auf eino zweite Integr-. ti ο us stufe (74, 02, 1x7), rüie öurc];

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einen zweiten Schalter (S2) auf null rückstellbar ist und der Ausganß Koiaparatoren (K1, K2) für den Schwellwertvergleich beaufschlagt, und daß von dem Programmgeber (P) der erste Schalter (31) periodisch während Ahgleichszeitintervallen und der zweite Schalter (S2) zu Beginn der dazwischenliegend en Meß- · zeitintervalle geschlossen wird.
3.) Peakintegrator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator einen Zähler (Z) onthält, in welchen Impulse mit einer dem Meßsignal proportionalen frequenz eingezählt werden, daß der Programmgeber (P) über ein UIB-Glieä (G) zu Beginn jedes Meßintervalls einen Rückstellimpuls auf den Zähler gibt und daß die Komparator en Qn,-X2) eine Auawerter-IiO-gikachaltung (i) steuern, die das UlED-G-lied (G) bei Überschreitung des Schwellwertes über einen zweiten JBingang des TJItD-Gliedes sperren.

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