DE1952283B2 - Einrichtung zur bestimmung und registrierung des anteils und der verteilung von digital anfallenden messwerten - Google Patents

Description

tralion vcrhande:n:?!ⁿJ _{h dieser Art wurdc in} der . Eine bekannte E.nrichu^ ^ _Q Schaaber. Literatur beschneu.n (H ^™ p. 119. 1966). Ä der Mikro-

pulse einem Mittelwert- ^ g ^ ^ _{Mittelwcrtmcsser aus}.

gehende analoge Spannungssignal gelangt in einen voll-transistorisierten Schaltteil. Hier werden dem Signal zwei elektrische, kontinuierlich regelbare Schwellen entgegengestellt. Nur ein unterhalb der einen, oberhalb der anderen oder innerhalb beider Schwellen liegendes Signal des Mittelwertmessers wird zur Registrierung an eine Bildröhre bzw. an

/eßerößc mit statistischer Streuung, vorzugsweise ils Int,nsitätsdisknminator zur Signalaufbereitung iwecks Aufzeichnung von Konzentralionsvcrtcilungn auf Prol-cnnachen bei der Elektronenstrahl- e₅ mit einem ^sP

impu szahler e pg

für die zu analysiere,de Pha ^

ausgewan

ίnSSuen Einrichtungen ist es erforderlich, die von einem Aufnehmer digital gelieferten Meß-

^^Z^ sonst

gesperrten Schaltkreis und zwar für die Z_ejt in welcher sich der Elektronenstrahl auf jener

befindet, deren Flächenanteil bestimmt werden soll. Die Impulse eines zu diesem Schaltkreis parallelgeschalteten, mit bekannter, konstanter Frequenz arbeitenden Oszillators werden vom Schaltkreis so lange durchgelassen, wie sich der Elektronenstrahl au! der zu messenden Phase befindet. Ein Zählwerk mißt die Anzahl dieser Impulse, so daß aus dieser Anzahl die Gesanitverweilzeit des Elektronenstrahls auf der zu messenden Phase und aus dieser und der bekannten Gesamtabtastzeit T der gewählten Geraden bzw. Fläche der Anteil jener Phase ermittelt werden kann, auf deren durch eine charakteristische Phaseneigenschaft hervorgerufenen Spannungen der Diskriminator eingestellt ist.

Bei diesen bisher bekannten Intensitätsdiskriminaioien ist also dem Röntgenstrahlmcßkanal stets ein Mittelwertmesser (englisch: Ratemeter) nachgcsuhul-■ .. dessen analoges Ausgangssignal weiterverarbeitet wird. Die Benutzung von Mittelwertmesser!! und die .:;■ ili'üe Signaidiskriminierung sind aber ηιλ Nachtuen \ erblinden.

Das analoge Ausgangssignal eines Miltelwen- !H-ssers ist in seiner momentanen Amplitude nicht i!^:i abhängig von der Impulsrate, sondern schwankt <e nach der am Mittelwertmesser eingestellten Zeit- ; !..nv.tanle. Fig. 1 und 2 zeigen den Verlauf des Si mais I in Abhängigkeit von der Zeit/ bei kon- : ainer Konzentrationsverteilung auf der Probe. In 1 ι g. 1 sind die statistischen Schwankungen bei Kleiner Zeitkonstante dargestellt, in F i g. 2 bei großer '/.·. itkonstante.

Wird die Zeitkonstante groß gewählt, um die Schwankungen des Ausgangssignals am Mittelwertmesser klein zu halten, so tritt beim Durchlaufen einer Konzentrationsgrenze eine Verfälschung dadurch auf, daß die Signalamplitude verzögert der tatsächlichen Röntgenintensität folgt. Das ist in F i g. 3 grafisch dargestellt. Die gestrichelte Kurve gebe die talsächliche Röntgenintensität einer in der Zeilenabtastzeit T durchlaufenen Konzentrationsverteilung in Abhängigkeit von der Zeit t wieder. Die Intensität springt während der Zeit Γ in den von der unteren Sehwelle Sl und der oberen Schwelle S 2 eingegrenzten (schraffiert gezeichneten) Bereich. Die ausgezogene Kurve zeigt das Ausgangssignal I des Mittelwertmessers. Die Dercichsgrcnze wird um t\ verspätet durchlaufen und die Konzentrationsgrenze auf der Kathodenstrahlröhre um /1 verspätet angezeigt.

Wählt man die Zeitkonstante klein, dann ergibt sich eine zu starke Amplitudenschwankung des Signals vom Mittelwertmesser. Nach F i g. 4 bedeutet das. daß bei eng nebeneinanderliegenden Schwellen eine ständige Über- oder Untersteuemng der eingestellten Konzentrationsgrenzen und damit eine falsche Anzeige auf der Kathodenstrahlröhre in Kauf genommen werden muß. Werden die Schwellen >S' 1 und S 2 dagegen genügend weit auseinander gelegt, können kleine Konzentrationsunterschiede nicht mehr diskriminiert werden.

Auch schon bei kleinen Zeitkonstanten tritt nach der herkömmlichen Meßmethode an Rändern von Probenbereichen gleicher Konzentration, bei denen die Signalamplitudc auf einen Wert oberhalb oder unterhalb des Grcnzwüribereichs springt, ein Fehlsignal auf. Das ist in F i g. 5 dargestellt.

Die gestrichelte Kurve gebe wiederum die Rönteiner während der Zeilenabtastzeit 7' durchlaufenen Konzentralionsverteilung in Abhängigkeit von der Zeit t wieder. Es seien vier Anteile A, B, C und D konstanter Intensität und damit konstanter Konzentration vorhanden, wobei nur der Anteil C in den zu untersuchenden Bereich zwischen den Schwellen 51 und 52 fällt. Die durchgezogene Kurve I zeigt das am Mittelwertmesser auftretende analoge Ausgangssignal. Offensichtlich wird in den Zeiten α und α im Diskriminator ein Signal ausgelöst

ίο und registriert, obwohl der während dieser Zeit abgetastete Probenbereich nicht in den eingestellten Konzentrationsbereich fällt. Während der Zeit b wird kein Signal registriert, obwohl die Konzentration in den zu untersuchenden Bereich fällt.

Das Auftreten eines Fehlsignals in der Zeit λ und α äußert sich bei rasterförmiger Abtastung der Probe in dem Erscheinen von Aufhcllungszoncn auf dem Bildschirm, die fälschlicherweise auf Vorhandensein son Konzentrationen im u untersuchenden Bereich deuten. Mit wachsender Zcltkonstanie des Mittelwertmessers werden diese Zonen größer. Die Zeit« und damit auch die Zone svächst ersichtlich mit dem Anwachsen der Intensitätsdifferenz {Bb\sA). Damit ist die Größe der Zonen von den Amplituden A und B, d. h. also von den absoluten Konzentrationen an solchen Stufen abhängig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Mängel der analogen Impulsdiskrir.n nierung zu beheben.

Diese Aufgabe wird in der im Anspruch 1 beanspruchten Weise gelöst.

:" Nach der Erfindung svird also das digital anfal-.' lende Meßsignal (Impulsfolge) bis zur Registrierung ?'- digital weiten erarbeitet. Ein Mittelwertmesser ist daher überflüssig.

Die Zeilenabtastzeit T wird in η Zeitintervalle der Länge T/n geteilt, wobei η von der geforderten Auflös'ing abhängt. Die anfallenden Meßimpulse werden in einem Zähler gezählt und erst am Ende jedes Zeitintervalles mit den beiden wahlweise gesetzten, digital einstellbaren Grenzwerten verglichen. Die Aussage, ob die Impulsrate innerhalb oder außerhalb des gesetzten Bereichs liegt, wird gespeichert und mit der Aussage des folgenden Zeitintervalles verglichen. Im nächsten Zeitintervall wird die Auslage Ii des vorausgehenden Zeitintervalles zur Registrierung <^K_ freigegeben. Nur wenn die Aussage des vorausgehenj den und des folgenden Zeitintervalles innerhalb der

;Γ gewählten Bereichsgrenzen liegen, wird die Aussage des vorausgehenden Bereichs als Ja-Aussage bewertet \-_ψ- und abschließend registriert.

■ ' Fehlsignale wie bei der analogen Meßwertverarbeitung, ζ. B. das Auftreten von Aufhellungen beim Durchlaufen der gewählten Schwellen, werden nach der ernndungs£,jmäßen Einrichtung vermieden. Die Einstellung der Zeitintervalle am Zeitgenerator ist einfach, Fehlcrmöglichkeilen durch Wahl einer falschen Zeitkonstanten entfallen.

Vorteilhafte weitere Ausbildungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. ^: Die Erfindung wird an Hand von vier Figuren eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild eines digitalen lmpulsdiskriminators in Verbindung mit einer Mikrosonde:

'···< Fig. 6 zeigt in einer grafischen Darstellung den zeitlichen Verlauf der vom Zähler 5 abgegebenen Impulsraten:

5 6

Fig. 7 zeigt in einer grafischen Darstellung den aussagen gemeldet werden. Die Vergleicher 8' diskri-

zu Fig. 6 gehörenden zeitlichen Verlauf der vom minieren dabei die von weiteren Aufnehmern 3' wei-

Vergleicher 8 ausgegebenen logischen Werte; tergegebencn elektrischen Impulse.

Fig. 8 zeigt in einer grafischen Darstellung den Fig. 6 zeigt wiederum gestrichelt die Röntgen-

zu Fig. 7 gehörenden zeitlichen Verlauf der vom 5 intensität der aus Fig. 5 bekannten, während dei

Vergleicher 14 nach der UND-Verknüpfung ausge- Zeilenabtastzeit T durchlaufenen Konzcntrationsver-

gebenen logischen Werte. teilung in Abhängigkeit von der Zeit t. Der Zcitgenc-

Nach Fig. 9 trifft der Elektronenstrahl 1 einer rator 6 teilt die Zeilenabtastzeit T in η-Intervalle ein, Mikrosonde eine Stelle auf der Probe 2, die linien- Die vom Zähler 5 während eines jeden Zeitintervall« oder rasterförmig abgetastet wird. Die Röntgenstrahl- to registrierten Impulsraten / sind mit horizontalen intensität wird im Aufnehmer 3 in elektrische Impulse Strichen in die Figur eingezeichnet. Die einzelner umgewandelt, die in dem Impulskanal 4 verstärkt Impulsraten streuen statistisch um die wahre Konwerden. Der Zeitgenerator 6 unterteilt die Zeilen- zentrationsverteilung. 51 und 52 sind wiederum die abtastzeit T in einstellbare Zeitintervalle und steuert Schwellen des Grenzwertbereichs,
alle Funktionsgruppen des Impulsdiskriminators an. 15 F i g. 7 zeigt die vom Vergleicher 8 getroffener Nach jedem Zeitintervall unterbricht er periodisch logischen Aussagen für jede der in Fig. 6 eingedie Impulszählung und schiebt die Impulsrate von zeichneten Impulsraten. Liegt die Impulsrate eines Zähler 5 in den Speicher 7. Die Zählerinformption Intervalls im Grenzwertbereich zwischen den beider von Speicher 7 wird im Vergleicher 8 mit der am Schwellen 51 und 52, so gibt der Vergleicher bei-Grenzwertsteller 10 digital eingestellten unteren ao spielsweise eine L, sonst eine 0 weiter. Auf diese Schwelle 51 und mit der am Grenzwertsteller 9 Weise wird der Intensitätsanteil C, der nach F i g. 6 digital eingestellten oberen Schwelle 52 verglichen. zwischen den beiden Schwellen liegt, erfaßt. Zusatz-Liegt die zu vergleichende Impulsrate zwischen un- lieh erhält man nach diesem Beispiel aus den Werter terer und oberer Schwelle, so wird im Speicher 12 des Anteils A eine L im 3. Zeitintervall,
beispielsweise eine logische Eins (L) gespeichert. Ist 35 F i g. 8 zeigt den Verlauf der logischen Aussager das nicht der Fall, so erhält Speicher 12 eine logische von Fi g. 7 für jedes Zeitintervall, nachdem im VerNull (0). gleicher 14 die logische Aussage des vorhergehender

Am Ende des folgenden Zeitintervalls wird die mit dem folgenden Zeitintervsll verglichen wurde,

Information von Speicher 12 in den Speicher 13 Die durch statistische Streuung entstandene L im

übertragen, und Speicher 12 wird gelöscht. Inzwi- 30 Intervall 3 ist verschwunden; Intensitätsanteil C wird

sehen ist nach obigem Schema die Impulszahl der deutlich registriert.

zweiten Meßperiode verglichen worden, und der ent- Bei der Einrichtung nach der Erfindung geht die sprechende logische Wert wird in Speicher 12 abge- Information in einem Zeitintervall, das entweder ar speichert. Nun wird Speicher 13 mit Speicher 12 im die rechte oder linke Konzentrationsgrenze grenzt. Vergleicher 14 UND-verglichen. Im Falle, daß beide 35 verloren. Damit diese Unscharfe klein bleibt, müsser Werte L sind, wird dem Ausgabe- oder Registrier- die Zeitintervalle die Zeilenabtastzeit T eng untergerät für den während des vorausgehenden Zeitinter- teilen. Dies ist leicht zu erreichen, und die entstehenvalls abgetasteten Probenbereich ein L gemeldet. den Fehler bleiben weit unter denen analoger Impuls-Geeignete Ausgabe- und Registriergeräte sind z. B. ratendiskriminatoren.

Kathodenstrahlrohr 15, Lochstreifen 16, Magnetband 40 Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht ins-

17 oder Digitalrechner 18. besondere darin, daß statt einer analogen eine digi-

Zwischen Vergleicher 8 und Speicher 12 kann ein tale Schalttechnik verwendet wird. Gemäß der Erfin-Koinzidenzkreis geschaltet werden, der Koinzidenz- dung werden Fehldeutungen, die nach der herkömmkreis gibt nur dann an Speicher 12 ein logisches liehen Technik auftreten, vermieden. Ferner können, Signal weiter, wenn ihm gleichzeitig aus Vergleicher 8 45 z. B. in der Mikroanalyse, mehrere chemische Werte und weiteren Vergleichern 8' positive Grenzbereichs- simultan untersucht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Ermittlung und Registrierung von während einer Meßzeit anfallenden durch einstellbare obere und untere Grenzwerte eingegrenzten, digitalen Meßwerten einer sich ändernden Meßgröße mit statistischer Streuung, dadurch gekennzeichnet, daß ,o der momentane digitale Meßwert während eines jeden der an einer elektronischen Uhr (6) ein- !teilbaren, periodisch sich wiederholenden Zeitintervale dem Zähleingang eines von der Uhr (6) gesteuerten ZähUrs (5) zugeführt ist, daß der Ausgang des Zählers (5) über einen Zwischenspeicher (7) mit dem Eingang eines zur E.nstel-Urne der zwei Grenzwerte mit digital setzbaren (■„.,./.wertstellen. (9. 10) versehenen Vergleichers(8) verbunden ist, daß an den Ausgang des so Versicherst) zwei weitere Speicher (12, 13) zur "aufeinanderfolgenden Speicherung zweier in zwei aufeinanderfolgenden ZeitintervaUen aus dem Vergleicher (8) resultierenden logischen Ja-Nein-Informationen angeschlossen sind und daß a₅ ein an die beiden Speicher angeschlossener Vergleicher(14) zur UND-Verknüpfung beider gespeicherter Informationen mit seinem Ausgang an Ausgabe- oder Registriergeräte (15, 16,17,18) für die logischen Informationen angeschlossen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (z.B. elektronische Rechner) zur programmgesteuerten Einstellung der beiden oberen und unteren Grenzwerte an Setzeingänge der Grenzwertste.ler (9, 10) angeschlossen sind.

!. Schaltungsanordnung nach Anspruch l oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie m.ndestens zwei ewe.ls aus Baugruppen (5 bis 14) bestehende Meßkanäle aufweist.

4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die über mehrere Meßkanäle anfallenden Meßwerte an getrennte, jedoch von einer gemeinsamen elektronischen Uhr (6) angesteuerte Zähler (5), Zwischenspeicher (7) und Verglcieher (8 gelegt sind und daß die Ausgänge der Vergleicher (8) an einen gemeinsamen Koinz,-denzkreis (11) angeschlossen sind.

werte einem Integrationsglied zuzuführen Beispielsweise seien die Meßwerte eine Folge von elektrischen Impulsen, deren Impulsrate (Impulse pro Zeiteinheit) die Intensität einer physikalischen Meßgroße charak-

terisiert. Auch ^J^^^mpSdie liefert der Aufnehmer 5™ Folge ν .£ _{Fol lich} mit einer statistichen Str^e^ⁿf_n°™_{on liedes}%_in tritt auch am Ausgang ** ^™, _da ^fe _{s in bezug} Signal als Maß fur dm ™P™™w

au: semen wahren Wer ,^^^ _Schwellen Ausgangss.gnal muß mit vsahlbar ges

in einem Vergleiche S^hc»^en ^_{1 ulsrate} und erhalt man e^Aj ob d. p^ ^

dai, >t die P^.^hsüu M^ _{t ich liegt}. außerhalb des emges eilten Groiz s_

Die Grenzbe,eich au ag ^w.rd ™ »^ _und

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Weitervererbe, ung ^*^_{krinlinalors läßl sich} Mit Hilfe eine™^iL*^cn _{der {}_

bei zeitlicher Verandcrnngdt^ 8 ^

^c) Verlauf der Grcnzbcreictisag nen. Daraus können dann Ae « J^^^ _Gren/. einzelnen AmA. ein.J" Verteilung bestimmt wcrtbereich ^ ^un? Schaltungsanordnung muß werden Durch gceg.nc te ttna. £ _sein

trotz der » ^" ^^^,.,Lhen Verlauf die-

daß k ne V ^^'auftreten, die durch die ser Grenzberc chsaussa cn

Einrichtung ^s^ ^ ^ ^ ^'beispielsweise als Derart ge Enr thtuny^n _Ele^_tronenstrahl-

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