[實用新型]實時積分漂移補償交替式積分器

有效

• 申請號: 201320135997.2
• 申請日: 2013-03-22
• 公開（公告）號: CN203368437U
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 劉冬梅;萬寶年;陳波;趙衛忠
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H03K19/00
• 分類號: H03K19/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本實用新型涉及積分器領域，具體地說是涉及一種工作時間長達1000s的實時積分漂移補償交替式積分器。?

背景技術

電子積分器是一種能夠使任意時刻的輸出值等于輸入信號在該時刻以前的所有輸入值的總和的電子設備，被應用于多種場合。在托克馬克實驗中，通常利用磁感應原理來測量裝置內部的磁場和磁通，因此需要用積分器對磁探針、羅柯線圈和單匝環輸出的微分信號進行積分，從而進行等離子體的診斷和位形控制。通常采用如圖1所示的模擬積分器，其積分誤差主要包括零點漂移、電容泄漏誤差和非線性誤差。其中，由于運算放大器的輸入失調電壓Vos,輸入失調電流Ios和輸入偏置電流IB作為等效輸入偏移量被積分，并且漂移量隨著積分時間的增加而增大，這部分誤差稱之為零點漂移，是積分誤差的主要組成部分。此外運放及元器件的非線性、積分電容的介質損耗與泄漏電阻的存在，會導致積分器還存在非線性誤差和電容泄漏誤差。?

為了減小積分器的積分誤差,各國采用了不同的方法設計積分器，主要有以下幾種：韓國的KSTAR裝置采用ADC-register－DAC（模數轉換器－寄存器－數模轉換器）模塊對積分器進行補償，利用寄存器來保存以往的積分誤差，設計了模擬積分器。日本的JT-60裝置采用VFC－UDC（電壓頻率轉換器－計數器）模塊和DSP（數字信號處理器）構建了數字積分器。美國的DIII–D研制了基于DSP（數字信號處理器）和高速ADC(模數轉換器)的數字積分器，將模擬信號轉換為數字信號后，利用數字信號處理器進行積分，對積分誤差的控制是通過DSP內的程序來進行的。?

目前國內外普遍采用固定漂移補償或用前一段時間的誤差來補償本次工作的誤差來設計積分器。這些類型的積分器在短時間內和穩定的電磁環境中得到較好的結果，但是對于長時間和較大電磁干擾的條件下具有一定的局限性。中國科學院等離子體物理研究所自行研制的托克馬克裝置EAST，具有長脈沖、高參數、電磁環境復雜等特點，因此需要設計一種能夠在長時間工作下保持低積分誤差的積分器。本實用新型人在此之前設計完成了一種“實時積分漂移補償型積分器”?的設計方案，如圖2。該積分器利用雙運算放大器的一路運算放大器對輸入信號積分，另一路運算放大器對參考地積分，然后使用儀表放大器對兩路輸出信號進行相減。?

具體方案如圖2，輸入信號輸入到積分器a中的運算放大器的反相輸入端，積分器b中的運算放大器的反相輸入端接參考地，積分器a與積分器b中的運算放大器的同相輸入端接地，積分器a、積分器b中的運算放大器的輸出端分別接到儀表放大器的第1、第2運算放大器的同相端。?

該積分器的工作分兩個階段：?

一：積分電容清零階段?

對積分電路a、b分別進行積分電容清零。如圖2所示，開關k1、k3閉合，開關k2、k4斷開。這時，電阻對電容泄放，泄放掉積分電容上的電荷。使得積分開始工作時刻，電容兩端的初始值為零。?

二：積分工作階段?

當工作狀態控制信號給出，開關k1、k3斷開，開關k2、k4閉合，這時，積分器開始進入積分工作階段。積分器a電路對輸入信號進行積分,積分電阻為R_A，v_i(t)是輸入信號；積分器b對參考地進行積分,即輸入為零，積分電阻為R_B。?

對于單個模擬積分器的輸出為?