[实用新型]实时积分漂移补偿交替式积分器

说明书

技术领域

本实用新型涉及积分器领域，具体地说是涉及一种工作时间长达1000s的实时积分漂移补偿交替式积分器。 

背景技术

电子积分器是一种能够使任意时刻的输出值等于输入信号在该时刻以前的所有输入值的总和的电子设备，被应用于多种场合。在托克马克实验中，通常利用磁感应原理来测量装置内部的磁场和磁通，因此需要用积分器对磁探针、罗柯线圈和单匝环输出的微分信号进行积分，从而进行等离子体的诊断和位形控制。通常采用如图1所示的模拟积分器，其积分误差主要包括零点漂移、电容泄漏误差和非线性误差。其中，由于运算放大器的输入失调电压Vos,输入失调电流Ios和输入偏置电流IB作为等效输入偏移量被积分，并且漂移量随着积分时间的增加而增大，这部分误差称之为零点漂移，是积分误差的主要组成部分。此外运放及元器件的非线性、积分电容的介质损耗与泄漏电阻的存在，会导致积分器还存在非线性误差和电容泄漏误差。 

为了减小积分器的积分误差,各国采用了不同的方法设计积分器，主要有以下几种：韩国的KSTAR装置采用ADC-register－DAC（模数转换器－寄存器－数模转换器）模块对积分器进行补偿，利用寄存器来保存以往的积分误差，设计了模拟积分器。日本的JT-60装置采用VFC－UDC（电压频率转换器－计数器）模块和DSP（数字信号处理器）构建了数字积分器。美国的DIII–D研制了基于DSP（数字信号处理器）和高速ADC(模数转换器)的数字积分器，将模拟信号转换为数字信号后，利用数字信号处理器进行积分，对积分误差的控制是通过DSP内的程序来进行的。 

目前国内外普遍采用固定漂移补偿或用前一段时间的误差来补偿本次工作的误差来设计积分器。这些类型的积分器在短时间内和稳定的电磁环境中得到较好的结果，但是对于长时间和较大电磁干扰的条件下具有一定的局限性。中国科学院等离子体物理研究所自行研制的托克马克装置EAST，具有长脉冲、高参数、电磁环境复杂等特点，因此需要设计一种能够在长时间工作下保持低积分误差的积分器。本实用新型人在此之前设计完成了一种“实时积分漂移补偿型积分器” 的设计方案，如图2。该积分器利用双运算放大器的一路运算放大器对输入信号积分，另一路运算放大器对参考地积分，然后使用仪表放大器对两路输出信号进行相减。 

具体方案如图2，输入信号输入到积分器a中的运算放大器的反相输入端，积分器b中的运算放大器的反相输入端接参考地，积分器a与积分器b中的运算放大器的同相输入端接地，积分器a、积分器b中的运算放大器的输出端分别接到仪表放大器的第1、第2运算放大器的同相端。 

该积分器的工作分两个阶段： 

一：积分电容清零阶段 

对积分电路a、b分别进行积分电容清零。如图2所示，开关k1、k3闭合，开关k2、k4断开。这时，电阻对电容泄放，泄放掉积分电容上的电荷。使得积分开始工作时刻，电容两端的初始值为零。 

二：积分工作阶段 

当工作状态控制信号给出，开关k1、k3断开，开关k2、k4闭合，这时，积分器开始进入积分工作阶段。积分器a电路对输入信号进行积分,积分电阻为R_A，v_i(t)是输入信号；积分器b对参考地进行积分,即输入为零，积分电阻为R_B。 

对于单个模拟积分器的输出为