專利名稱：自動補償低零漂積分器及其控制方法
技術領域：
本發明涉及積分器，及其控制方法。
背景技術：
長時間積分器主要應用于一些裝置的電磁測量中，例如在托卡馬克放電實驗過程中，許多電磁測量診斷信號的輸出均為該信號的微分量，要想還原該信號，需要使用積分器。隨著托卡馬克核聚變研究的不斷發展，等離子體的放電時間越來越長，因此，積分時也要求越來越長，甚至要求達到千秒量級。但是，由于零漂的存在，一般的模擬積分器只能有效工作幾十秒，更高級的有數字積分器，通過AD或VF的方法將模擬量轉換為數字量，再經過相應的算法處理完成積分運算，最后再通過DA或FV將結果轉換成模擬量。數字積分器的精度主要取決于AD或VF的分辯率，分辯率越高，精度越高，因此，數字積分器一般要選擇較高分辯率的AD或VF，從而導致其價格昂貴。
發明內容
本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種可在一定時間內有效抑制積分零漂的模擬式自動補償低零漂積分器，本發明同時提供該積分器的控制方法。
本發明解決技術問題所采用的技術方案是本發明的結構特點是由基本積分器和采樣保持電路構成的反饋網絡組成；其中包括構成積分器的運算放大器IC1反向輸入端電阻R通過選擇開關K1或接入輸入電壓ViA，或接地；在所述運算放大器IC1的反向輸入端與輸出端之間有四條并聯支路，一條由開關K4構成、一條由積分電容C和開關K3串聯構成、一條由電阻Rf和與其串聯的開關K2構成，再一條是由電阻Rf和開關K5以及采樣保持電路構成，其中采樣保持電路位于運算放大器IC1的輸出端一側；所述運算放大器IC1的正向輸入端通過正向輸入端電阻R接地。
本發明所述積分器的控制方法的特點是按時序分為如下兩個階段第一準備階段，按以下步驟扣除零漂和清零積分電容a、測量零漂K1接地、K2閉合，K3、K4、K5打開，構成放大器，以所述采樣保持電路記錄該放大器輸出的零漂放大信號；
b、補償零漂K1接地、K2、K5閉合，K3、K4打開，采樣保持電路將其保存的零漂值負反饋至運算放大器IC1的反向輸入端，補償零漂；c、積分電容清零K1接地、K3、K4、K5均閉合，K2打開，在積分開始前，清除積分電容上的電荷；第二積分階段在經過準備階段之后，K3、K5閉合，K1接輸入信號ViA，K2、K4打開，構成時間常數為RC的積分器，開始積分。
模擬式積分器的積分漂移主要是由失調電壓V10、失調電流I10所引起的。本發明在輸入端對失調進行補償，可有效地抑制積分漂移。本發明由一個基本運算放大器和采樣保持電路構成，利用采樣保持電路記錄下零漂，在積分的時候對輸入端進行補償，抵消零漂，這種補償方法在約為100s的時間內是完全有效的。
與已有技術相比，本發明的有益效果體現在其方案簡單、易于實施。本發明為實現更長時間的低零漂積分提供了必要保障。
附圖為本發明電路原理示意圖。
以下通過實施例，結合附圖對本發明作進一步描述實施例參見附圖，本實施例中，積分器是由基本積分器和采樣保持電路構成的反饋網絡組成；其中包括構成積分器的運算放大器IC1的反向輸入端電阻R通過選擇開關K1或接入輸入電壓ViA，或接地；在運算放大器的反向輸入端與輸出端之間有四條并聯支路，一條由開關K4構成、一條由積分電容C和開關K3串聯構成、一條由電阻Rf和與其串聯的開關K2構成，再一條是由電阻Rf和開關K5以及采樣保持電路構成，其中采樣保持電路位于運算放大器的輸出端一側；運算放大器的正向輸出端通過電阻R接地。
如圖所示，本實施例為一種反饋式補償方法，它由一個基本積分器和采樣保持電路構成，利用采樣保持電路記錄下零漂，在積分的時候對輸入端進行補償，抵消零漂。其中，與開關K1相連的電阻R、運算放大器和電容C構成基本積分電路，積分時間常數為RC；與開關K2相連的Rf用于測量零漂，采樣保持電路采樣并保持零漂，通過開關K5和Rf補償到運算放大器的‘-’端，采樣保持電路可以直接用采樣保持器實現。
本實施例積分器的控制方法的特點是按時序分為如下兩個階段第一準備階段，按以下步驟扣除零漂和清零積分電容a、測量零漂K1接地、K2閉合，K3、K4、K5打開，構成放大器，以所述采樣保持電路記錄該放大器輸出的零漂放大信號；由于運算放大器的失調電壓VIO、失調電流IIO都很小，所以Rf/R通常應達到幾萬倍，這樣它們引起的等效值才能被放大到可以測量的程度。
b、補償零漂K1接地，K2、K5閉合，K3、K4打開，采樣保持電路將其保存的零漂值負反饋至運算放大器的反向輸入端，補償零漂；通過與Rf同樣大小的電阻，把保持電路保存的值補償到輸入端，這時VoA輸出接近零，在積分過程中，不斷對輸入端補償，減小誤差。
c、積分電容清零K1接地，K3、K4、K5均閉合，K2打開，在積分開始前，清除積分電容上的電荷；第二積分階段在經過準備階段之后，K3、K5閉合，K1接輸入信號ViA，K2、K4打開，構成時間常數為RC的積分器，開始積分。
本發明補償方法在約為100s的時間內是完全有效的，對于更長時間的積分，可以分段進行，并對各段積分信號進行累加。
權利要求
1.自動補償低零漂積分器，其特征是由基本積分器和采樣保持電路構成的反饋網絡組成；其中包括構成積分器的運算放大器IC1反向輸入端電阻R通過選擇開關K1或接入輸入電壓ViA，或接地；在所述運算放大器IC1的反向輸入端與輸出端之間有四條并聯支路，一條由開關K4構成、一條由積分電容C和開關K3串聯構成、一條由電阻Rf和與其串聯的開關K2構成，再一條是由電阻Rf和開關K5以及采樣保持電路構成，其中采樣保持電路位于運算放大器IC1的輸出端一側；所述運算放大器IC1的正向輸入端通過正向輸入端電阻R接地。
2.一種權利要求1所述積分器的控制方法，其特征是按時序分為如下兩個階段第一準備階段，按以下步驟扣除零漂和清零積分電容a、測量零漂K1接地、K2閉合，K3、K4、K5打開，構成放大器，以所述采樣保持電路記錄該放大器輸出的零漂放大信號；b、補償零漂K1接地、K2、K5閉合，K3、K4打開，采樣保持電路將其保存的零漂值負反饋至運算放大器IC1的反向輸入端，補償零漂；c、積分電容清零K1接地、K3、K4、K5均閉合，K2打開，在積分開始前，清除積分電容上的電荷；第二積分階段在經過準備階段之后，K3、K5閉合，K1接輸入信號ViA，K2、K4打開，構成時間常數為RC的積分器，開始積分。
全文摘要
自動補償低零漂積分器及其控制方法，其特征是由基本積分器和采樣保持電路構成的反饋網絡組成；其控制方法是經過測量零漂、補償零漂和積分電容清零之后，再進行積分。本發明補償方法在約為100s的時間內是完全有效的，對于更長時間的積分，可以分段進行，并對各段積分信號進行累加。
文檔編號G01R33/00GK1845457SQ200610040029
公開日2006年10月11日 申請日期2006年4月26日 優先權日2006年4月26日
發明者季振山, 王勇, 羅家融 申請人:中國科學院等離子體物理研究所
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