Интегратор с автоматической коррекцией нулевого уровня

Интегратор с автоматической коррекцией нулевого уровня

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

!

П9) П1) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Зщ G 06 G 7/18 (21) 3391032/18-24 (22) 11,02.82 (46) 07.02.84. Бюл. Р 5 (72 ). Б.A. Алексеев, В.Г. Ивкин и Ю.М. Федоришин ,:(53) 681.335(088.8) (56) 1. Патент США 9 4163947, кл. G 06 G 7/18, опублик. 1979.

2. Заявка Японии. 9 55-20262, кл. G 06 G 7/186, опублик. 1980 (.прототип).

:(54)(57) ИНТЕГРАТОР С ABTONATH×ÅÑКОЙ КОРРЕКЦИЕЙ НУЛЕВОГО УРОВНЯ содержащий последовательно соединенные интегрирующйй усилитель, вход которого является входом интегратора, и суммирующий усилитель, о гл и ч а ю шийся тем, что, с целью повыщения точности интегрирования, в него введены реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, генератор эталонной частоты, размыкающий ключ и компаратор, вход которого соединен с выходом суммирующего усилителя., а выход подключен к входу управления направлением счета реверсивного счетчика, счетный вход которого через размыкающий ключ соединен с выходом генератора эталонной частоты, а выход через цифроаналоговый преобразова- . тель подключен к второму входу интегрирующего усилителя и вычитающему входу суммирующего усилителя, причем управляющий вход размыкающе- Е

Ф го ключа соединен с входом интегратора, 10 72062

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано для интегрирования сигналов индукционных катушек при измерении магнитных полей, 5

Современные интеграторы напряжения для измерения магнитных полей должны характеризоваться высокой чувствительностью, широкиМ динамическим диапазоном, высокой точностью и значительным временем иийтегрирования.

Важным параметром интегратора, в большой степени определяющим точность интегрирования и пороговую 15 чувствительность, является стабильность нулевого уровня входного напряжения (в дальнейшем нулевого уровня), под которым понимается суперпозиция напряжений, приложен- 70 ных к входу интегратора.

Известен интегратор напряжения с композицией смещения нулевого уровня путем запоминания напряжения смещения на специальной емкости, со- 25 держащий интегрирующий усилитель, запоминающую емкость, подключенную к его вхопу, и инвертирующий усилитель Q1) .

Недостатком интегратора является З0 возрастание погрешности интегрирования по мере увеличения длительности непрерывного интегрирования, что свя-. зано с разрядом запоминающей емкости °

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является интегратор, содержащий последовательно соединенные интегрирукнций усилитель с элементами обратной связи, инвертирующий усилитель и повтори- 40 тель с подключенной к erî входу запоминающей емкостью, а также элементы коммутации (ключи). В паузе (т.е. при отсутствии входного сигнала) замыкается .цепь обратной связи,45 и запоминающая емкость заряжается до напряжения, равного и протйвопоположного по знаку напряжению .сме- щения интегрирующего усилителя. В период интегрирования входного сиг« 50 нала это напряжение . подключается к входу интегрирующего усилителя, компенсируя смещение нулевого уровня.

Интегратор обладает удовлетворитель. ной точностью при небольшом времени интегрирования 2 .

Однако при увеличении времени точность интегрирования снижается.

Это связано с перезарядом запоминающей емкости входным током интег- 60 рирующего усилителя, а также ее разрядом через сопротивление утечки.

Кроме того, на точность интегрирования отрицательно сказывается явление абсорбции емкости, т.е. самопро- 65 и з вольное изменение (появление ) потенциала после прекращения заряда (разряда).

Известный интегратор имеет сравнительно узкий диапазон компенсации, что делает невозможным его применение в тех случаях, когда к входу интегратора могут быть приложены достаточно большие внешние напряжения, например термо-ЭДС линии связи. Дополнительную погрешность вносят токи утечки -и термо-ЭДС коммутирующих элементов (ключей).

Цель изОбретения - повышение точности интегрирования в течение длительных интервалов времени при значительных внешних напряжениях смещения.

Поставленная цель достигается тем, что в интегратор о автоматической коррекцией нулевого уровня, содержащий последовательно соединенные интегрирующий усилитель, вход которого является входом интегратора, и суммирующий усилитель, введены реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, генератор эталонной частоты, размыкающий ключ и компаратор, вход которого соединен с выходом сумвжрующего усилителя, а выход подключен к входу управления направлением счета реверсивного счетчика, счетный вход которого через размыкающий ключ соединен с выходом генератора эталонной частоты, а выход через цифроаналоговый преобразователь подключен к вТорому входу интегрирующего усилителя и вычитаницему входу суммирующего усилителя, причем управляющий вход раэмыкающего ключа соединен с входом интегратора.

На чертеже показана схема предлагаемого интегратора.

Устройство содержит последовательно соединенные интегрирующий усилитель 1, вход которого является. входом устройства, суммирующий усилитель 2, компаратор 3, реверсивный счетчик 4 и цифроаналоговый преобразователь 5, счетный вход счетчика

4 через разйыкающий ключ 6 соединен с выходом генератора 7 эталонной частоты, а выход цифроаналогового преобразователя.5 -. c входами и нтегриру ющего и суммирующего усилителей.

Интегрирующий усилитель 1 выпол« нен на операционном усилителе 8 с конденсатором 9 в цепи обратной связи и с.масштабными резисторами 10-12 . на входе. Суммирующий усилитель 2 состоит иэ операционного усилителя

13 с входными масштабными резисторами 14 и 15 и резистором 16 обратной связи.

Интегратор работает. следующим образом.

10 72062

Составитель С. Белан

Техред;А.Вабинец, Корректор М. демчик

Редактор А; Курах

Заказ 128/42 Тираж 699 Подпис ное

ВННИПН Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, уп. Проектная, 4.

В паузе, когда отсутствует измеряемый сигнал, к входу интегратора прилагают напряжение Uqz . Пусть выходное напряжение П р< цифроаналогового преобразователя 5 в начальный момент времени равно нулю. Напряжение Uzz вызывает изменение вы- ходного напряжения 0„„ интегрирующего усилителя 1, что приводит к срабатыванию компаратора 3, так как нарушается баланс напряжений

U> и У, щ на входе суммирующего усилителя 2.

Импульсы эталонной частоты от генератора: через эамкйутый s паузе ключ б начинают поступать на счет- 15 ный вход. реверсивного счетчика 4.

Направление счета счетчика 4 определяется знаком разности напряжений Пц„ — U Ä . По мере увеличения кода в счетчике 4 нарастает выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 5 и в какой-то момент достигает значения U„„„ Знак разности напряжений Uq„< -U

4. Код, установленный в счетчике

4, а следовательно, и выходное напряжение цифроаналогового преобраз - 30 вателя 5 начинают уменьшаться. Таким образом, вследствие наличия отрицательной обратной связи выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 5 непрерывно следит за выходным напряжением интегрирующего усилителя U„„ при этом разность

"инт -"цаа не превышает ециницы младшего разряда цифроаналогового преобразователя 5.

Изменение выходного напряжения 40 интегратора выражено следующим .Уравнением:

Онною = (П.см ап ) ° где - постоянная времени интег- 45 рирования.

Принимая, исходя иэ сказанного, что 0нн = Пцоц, имеют

"инт (Пса U«T ) . 50 . Решением этого дифференциального уравнения является апериодический переходный процесс с установившимэиачением "Инт — 0см . При наличии отрицательной обратной связи выходное напряжение интегрирующего усилителя Она уменьшится по экспоненте до напряжения равного

По окончании паузы размыкается ключ б и прекращается поступление импульсов эталонной частоты от генератора 7 в счетчик 4. В последующем цикле интегрирования выходное * напряжение цифроаналогового преобразователя 5, равное Uq, оказывается приложенным к неинвертирующему входу интегрирующего усилителя, компенсируя смещение его нулевого уровня е

В отличие от известного метода запоминания напряжения смещения ну» левого уровня на специальной емкости в предлагаемом интеграторе за счет использования в качестве элемента памяти реверсивного счетчика и цифроаналогового преобразователя устранены погрешности, связанные с нестабильностью напряжения компенсации в течение цикла интегрирования, существенно расширяется диапазон компенсации, который теперь orðàíè чивается лишь возможностями цифроаналогового преобразователя, и отсутствуют погрешности, вызываемые коммутирующими элементами (ключами), так как в предлагаемом устройстве они отсутствуют.!

Таким образом, в предлагаемом интеграторе .за счет точной и стабильной компенсации смещения нулевого уровня интегратора уменьшена погрешность интегрирования в течение длительных интервалов времени.

Технико-экономический эффект от использования предлагаемого интегратора заключается в том, что он особенно успешно может быть использован в тех случаях, когда требуется осуществлять непрерывное интегрирование в течение длительного времени (например, при измерении магнитных полей сверхпроводящих магнитов, имеющих, как правило, малые скорости нарастания и спада поля и большую длительность цикла), .а также тогда когда возможно появление на входе интегратора. относительно больших напряжений смещения, вызванных, например, термо-.ЭДС.