Интегратор с автоматической коррекцией нулевого уровня

(54)(57) ИНТЕГРАТОР С АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИЕЙ НУЛЕВОГО УРОВНЯсодержащий последовательно соединенные интегрирующйй усилитель, входкоторого является входом интеграто-ра, и суммирующий усилитель, о гл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения 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 под" ключен 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 размыкающебй го ключа соединен с входом интегра10 Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано для интегрирования сигналов индукционных катушек при измерении магнитных полейе5Современные интеграторы напряжения для измерения магнитных полей должны характеризоваться высокой чувствительностью, широкиМ динамическим диапазоном, высокой точностью и значительным временем иятегрирования.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 ных к входу интегратора.Известен интегратор напряжения с композицией смещения нулевого уровня путем запоминания напряжения смещения на специальной емкости, со держащий интегрирующий усилитель, запоминающую емкость, подключенную к его вхопу, и инвертирующий усилитель 1( .Недостатком интегратора являетсяЗ 0 возрастание погрешности интегрирования по мере увеличения длительности непрерывного интегрирования, что свя-. зано с разрядом запоминающей емкости35Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является интегратор, содержащий последовательно соединенные интегрирующий усилитель с элементами обратной связи, инвертирующий усилитель и повторитель с подключенной к его 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 удовлетворительной точностью при небольшом времени 55интегрирования 2 .Однако при увеличении времени точность интегрирования снижается. Это связано с перезарядом запомииаэнцей емкости входным током интег- б 0 рирующего усилителя, а также ее разрядом через сопротивление утечки. Кроме того, на точность интегрирования отрицательно сказывается явление абсорбции емкости, т.е. самопро извольное 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 суюжрующего 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, реверсивныйсчетчик 4 и цифроаналоговый преобразователь 5, счетный вход счетчика4 через разйыкающий ключ 6 соединенс выходом генератора 7 эталоннойчастоты, а выход цифроаналогового преобразователя.5 -.с входами интегриру 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 10 Составитель С. БеланТехред;А.Вабинец, Корректор М. Демчик Редактор А; Курах Заказ 128/42 Тираж 699 Подписное ВННИПН Государственногоковвтета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патентф, г. Ужгород, уп. Проектная, 4. В паузе, когда отсутствует измеряемый сигнал, к входу интегратора прилагают напряжение Пан . Пусть выходное напряжение Пра цифроаналогового преобразователя 5 в начальный момент времени равно нулю. Напряжение 0 к вызывает изменение вы-ходного напряжения О интегрирующего усилителя 1, что приводит к срабатыванию компаратора 3, так как нарушается баланс напряжений У.,и У,ап на входе суммирующего усилителя 2.Импульсы эталонной частоты от генератора через эамкйутый в паузе ключ б начинают поступать на счет ный вход реверсивного счетчика 4. Направление счета счетчика 4 определяется знаком разности напряжений 0 - Уд . По мере увеличения кода в счетчике 4 нарастает выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 5 и в какой-то момент достигает значения О . Знак разности напряжений 0 в -0 ай изменяется и компаратор 3 переключает ся в противоположное состояние, изменяя направление счета счетчика 4. Код, установленный в счетчике 4, а следовательно, и выходное напряжение цифроана огового преобразо вателя 5 начинают уменьшаться. Таким образом, вследствие.наличия отрицательной обратной связи выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 5 непрерывно следит за выходным напряжением интегрирующего "усилителя Пн, при этом разность инт -Пцаа не превышает единицы младшего разряда цифроаналогового преобразователя 5.изменение выходного напряжения 40 интегратора выражено следующим .Уравнением:Онною = 7(Псм фмапгде 2 - постоянная времени интегрирования.Принимая , исходя из сказанного, что Оэ = Пцап, имеютинт( см инт. 50. Решением этого дифференциального уравнения/является апериодический переходный процесс с установившимся значением Уин = Усн. При наличии отрицательной обратной связивыходное напряжение интегрирующегоусилителя Оиц уменьшится по экспоненте до напряжения равного 11.По окончании паузы размыкаетсяключ б и прекращается поступлениеимпульсов эталонной частоты от генератора 7 в счетчик 4. В последующем цикле интегрирования выходноенапряжение цифроаналогового преобразователя 5, равное Пад, оказывается приложенным к неинвертирующемувходу интегрирующего усилителя, компенсируя смещение его нулевого уровЙЯ еВ отличие от известноГо методазапоминания напряжения смещения нулевого уровня на специальной емкости в предлагаемом интеграторе засчет использования в качестве элемента памяти реверсивного счетчикаи цифроаналогового преобразователяустранены погрешности, связанные снестабильностью напряжения компенсации в течение цикла интегрирования,существенно расширяется диапазонкомпенсации, который теперь ограни"чивается лишь возможностями цифроаналогового преобразователя, и отсутствуют погрешности, вызываемыекоммутирующими элементами (клрчами),так как в предлагаемом устройствеони 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.