CN101178425A - 长时间自适应积分方法 - Google Patents

Abstract

长时间自适应积分方法，其特征是测定上一次脉冲信号积分漂移率，利用上一次脉冲信号积分漂移率计算本次脉冲信号的每一时刻的积分漂移量，测量对应时刻位置上本次脉冲信号积分器的输出电压值，从而获得本次脉冲信号对应时刻位置的积分修改正值。本发明方法是以模拟积分和数字修正相结合的方式，获得长时间积分对于零漂的自动修改。

Description

长时间自适应积分方法

                                技术领域

本发明涉及积分方法，更具体地说是一种能有效消除零漂的长时间积分方法。

                                背景技术

长时间积分器主要应用于一些装置的电磁测量中，例如在托卡马克放电实验过程中，许多电磁测量诊断信号的输出均为该信号的微分量，要想还原该信号，需要使用积分器。随着托卡马克核聚变研究的不断发展，等离子体的放电时间越来越长，因此，积分时间也要求越来越长，甚至要求达到千秒量级。由于零漂的存在，模拟积分器都需要设置调零电路，在每次使用前，通过调零电路将积分器调到最好状态，即最小漂移，这样的调零工作较为繁重。实际上，即便是在使用前将每路积分器都调得很好，使用过程中，由于温度和电磁场环境的不断变化，也会使先前调整好的零点不可避免地发生漂移，常规模拟积分器只能有效工作几十秒。已有数字积分器，是通过AD或VF的方法首先将模拟量转换为数字量，再经过相应的算法处理完成积分运算，最后再通过DA或FV将结果转换成模拟量。数字积分器的精度主要取决于AD或VF的分辩率，分辩率越高，精度越高，因此，数字积分器在选择高分辩率的AD或VF时，导致其价格昂贵。

                                发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种能有效消除零漂的长时间自适应积分方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

本发明长时间自适应积分方法的特点是：

a、测定上一次脉冲信号积分开始时的积分初始值V_s和积分结束时的积分漂移值V_e，积分时间为T，则时间T内的积分漂移量V_py＝V_e-V_s，获得上一次脉冲信号积分漂移率k＝V_py/T；

b、对于本次脉冲信号积分过程中以Δt为时间间隔的每一时刻t₁、t₂....t_n，利用上一次脉冲信号积分漂移率k计算本次脉冲信号的每一时刻的积分漂移量V_ptn，V_ptn＝k×t_n，测量对应时刻位置上本次脉冲信号积分器的输出电压值V_otn，获得本次脉冲信号对应时刻位置的积分修改正值V_修＝V_otn-V_ptn；

设定第一次积分的漂移率为零值。

本发明长时间自适应积分方法的特点也在于对于脉冲信号积分漂移率k的计算按如下步骤进行：

a、在开始积分并在脉冲信号来到之前，采集一段时间内多时间点位上的初始积分输出信号，求取所述各初始积分输出信号的平均值，作为所述积分器输出信号的初始值V_s；

b、经过时间T，脉冲信号结束，采集随后一段时间内多时间点位上的积分输出信号，求取所述积分输出信号的平均值，作为积分器输出信号的积分漂移值V_e；

c、根据(V_e-V_s)/T计算时间段T内的积分器漂移量率k。

与已有技术相比本发明方法的有益效果体现在：

传统的积分器都采是模拟积分器，调零困难。每次实验前都要对电路进行调零，工作量很大，一旦环境特别是温度变化，引起器件参数的变化，先前调好的零点，就会发生变化，积分器在积分时漂移率往往就变大了，很难满足长脉冲实验的需要。本发明方法采用模拟积分和数字修正相结合的方式，利用模拟积分器完成积分，再由数字部分电路利用上次脉冲实验得到的积分漂移斜率对本次积分进行扣除。因为相邻两次实验的实验条件基本一致，因此积分的漂移斜率也大致相同，这样通过扣除，漂移量可大大减小，避免了反复调零的麻烦，实现了长时间积分的调零自动化。

附图说明：

图1为本发明方法原理示意图。

图2为实施本发明方法的积分器构成框图。

图3为实施本发明方法所采用的差分式积分器原理图。

以下通过具体实施方式，结合附图对本发明作进一步描述：

具体实施方式：

图1(a)所示，测定上一次脉冲信号积分开始时的积分初始值V_s和积分结束时的积分漂移值V_e，积分时间为T，则时间T内的积分漂移量V_py＝V_e-V_s，获得上一次脉冲信号积分漂移率k＝V_py/T；

图1(b)所示，对于本次脉冲信号积分过程中以Δt为时间间隔的每一时刻t₁、t₂....t_n...，利用上一次脉冲信号积分漂移率k计算本次脉冲信号的每一时刻的积分漂移量V_ptn，V_ptn＝k×t_n，测量对应时刻位置上本次脉冲信号积分器的输出电压值V_otn，获得图1(c)所示的本次脉冲信号对应时刻位置的积分修改正值V_修＝V_otn-V_ptn；

设定第一次积分的漂移率为零值。

具体实施中，对于脉冲信号积分漂移率k的计算按如下步骤进行：

1、在开始积分并在脉冲信号来到之前，采集一段时间内多时间点位上的初始积分输出信号，求取所述各初始积分输出信号的平均值，作为所述积分器输出信号的初始值V_s；

2、经过时间T，脉冲信号结束，采集随后一段时间内多时间点位上的积分输出信号，求取所述积分输出信号的平均值，作为积分器输出信号的积分漂移值V_e；

3、根据(V_e-V_s)/T计算时间段T内的积分器漂移量率k。

具体实施中相应的积分器设置包括：

参见图2，采用模拟和数字电路相结合的技术方案，前端使用模拟积分器进行积分，后端通过AD转换将模拟量数字化，并利用由MCU或DSP之类的处理单元完成相应的数字量的计算，再由DA将其转换为模拟量进行进行输出。

前端模拟积分器应尽量做到漂移小，首先选用共模抑制比高、输入失调电压和失调电流小的运算放大器，例如自调零放大器——LTC1052、LTC1151等，它们的输入失调电压和失调电流小，性能参数要比一般的运算放大器至少高一个量级；设计有效的调零电路，将模拟积分器的零漂调节的较小；采用差分式积分器，如图3所示，一路对信号Vin积分，一路对地积分，通过减法器相减，扣除掉对地积分的漂移，两路积分电路结构一样，选用的器件的各项参数也应一致，一般选用集成在一个芯片中的两个运算放大器，它们的失调电压失调电流和温漂比较接近，例如LTC1151。将两路积分器调整为一致的状态，可以有效抑制积分器的积分漂移。

若设计的前端差分式积分器1000s的漂移在100mV左右，利用本发明方法可以将长时间积分的漂移量控制在10mV以下。

Claims (2)

1.长时间自适应积分方法，其特征是：

a、测定上一次脉冲信号积分开始时的积分初始值V_s和积分结束时的积分漂移值V_e，积分时间为T，则时间T内的积分漂移量V_py＝V_e-V_s，获得上一次脉冲信号积分漂移率k＝V_py/T；

b、对于本次脉冲信号积分过程中以Δt为时间间隔的每一时刻t₁、t₂....t_n，利用上一次脉冲信号积分漂移率k计算本次脉冲信号的每一时刻的积分漂移量V_ptn，V_ptn＝k×t_n，测量对应时刻位置上本次脉冲信号积分器的输出电压值V_otn，获得本次脉冲信号对应时刻位置的积分修改正值V_修＝V_otn-V_ptn；

设定第一次积分的漂移率为零值。

2.根据权利要求1所述的长时间自适应积分方法，其特征是对于所述脉冲信号积分漂移率k的计算按如下步骤进行：

a、在开始积分并在脉冲信号来到之前，采集一段时间内多时间点位上的初始积分输出信号，求取所述各初始积分输出信号的平均值，作为所述积分器输出信号的初始值V_s；

b、经过时间T，脉冲信号结束，采集随后一段时间内多时间点位上的积分输出信号，求取所述积分输出信号的平均值，作为积分器输出信号的积分漂移值V_e；

c、根据(V_e-V_s)/T计算时间段T内的积分器漂移量率k。

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