Интегратор напряжения

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кч. З 06 б 7/186 с присоединением заявки ЭЙ 3 Ьеудерстеанай комитет СССР ие делам изобретений и открытий(54) ИНТЕГРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использованодля измерения магнитных характеристикэлектромагнитов электрофизических установок,Наиболее широко интеграторы напряжения применяются для измерения изменяюшихся и переменных магнитных полей электромагнитов, причем в качествепервичных преобразователей при измерениях используются индукционные катушки,В результате таких измерений снимаютсяхарактеристики связи напряженности магнитного поля от тока питания электромагнита, определяется "эффективная длина"магнита, проводится гармонический анализ магнитного. поля,При массовых испытаниях электромагнитов для электрофизических установок, например протонных кольцевых ускорителей, предъявляются довольно жесткие требования к идентичности магнитов по их магнитным характеристикам. Так при калибровке магнитов протонного синхротрона ИФВЭ требовалось измерять напряженность магнитного поля сотносительной погрешностью 10 придлительности цикла 5 с и скорости нарастания поля 30 кА/м с.В настоящее время требование повышения энергии ускоренных частиц и успехи в области создания сверхпроводниковпривели к использованию в кольцевых протонных синхротронах электромагнитов собмотками из сверхпроводяшего матери-ала.Это, в свою очередь, наложило определенные. требования на аппаратуру измерения магнитных характеристик, так какувеличилась напряженность магнитногополя, значительно удлинился цикл магнитного поля, уменьшилась величина зазора,уменьшились скорости нарастания и спада магнитного поля, увеличилось количество магнитов,Современные интеграторы напряжения для измерения магнитных характерис 3 9629тик электромагнитов электрофизическихустановок должны характеризоваться высокой чувствительностью, широким динамическим диапазоном по входу, высокой точностью и большим временем интегрирования, а также иметь средства преобразования результата измерений в цифровую форму с целью автоматизации результатовизмерений.Известны интеграторы напряжения с 1 Опредставлением результата в цифровойформе, построенные по методу преобразования напряжения в частоту, Такие интеграторы могут использоваться для интегрирования длительных процессов и 15позвопяют попучать текущее значение интеграла в цифровой форме 1.11,Однако данные интеграторы обпадаютнедостаточным динамическим диапазономпо входу и не обеспечивают необходимойточности.Наиболее близким к предлагаемому потехнической сущности явпяется интегратор, испопьзуюшийся для проведения массовых измерений магнитных характеристик электромагнитов суперпротонного син.хротрона БЕРН, построенный но методудвутактного интегрирования,.Работа данного интегратора построенатак, что в первом такте происходит интегрирование входного сигнапа в течениефиксированного интервапа времени, определяемого кодом, установпенным в реверсивком счетчике, В течение второго такта интегрирующая емкость разряжаетсяот источника опорного напряжения и про 35исходит преобразование в цифровой кодннтеграпа входного сигнала 1 21.Такой интегратор обладает высокойточностью интегрирования и большим вход 40ным динамическим диапазоном, но не позволяет получать несколько дискретныхзначений интеграла входной величины втечение одного цикла изменения магнитного поля, так как на время второго такта вход интегратора отключается от индукционной катушки, Очевидно, что тре-,бование попучения нескольких дискретныхзначений интеграпа входнбй функции безпотери информации можно удовлетворитьпутем включения второго двутактногоинтегратора, причем их работу синхронизировать таким образом, чтобы такт ин-,тегрирования входного сигнала одногоинтегратора совпадал,по времени с тактом преобразования измеренной величины в цифровой код другого интегратора.Однако такое устройство будет иметь накаппивающуюся во времени ошибку, связан 93 4ную .с дискретным характером преобразования.Цель изобретения - повышение точности интегрирования и информативности интегратора и расширение динамическогодиапазона входного сигнала при большойчувствитепьности.Поставпенная цепь достигается тем, .что в интегратор напряжения, содержащий последовательно соединенные интегрирующий усилитель и схему сравнения,выход которой подкпючен к первому входу блока формирования импульсов управпения, первый выход которого соединенс управпяющим входом первого ключа,включенного между информационным входом интегратора напряжения и входом интегрирующего усипитепя,соединеннымчерез второй ключ с входом опорногоуровня интегратора напряжения, и генератор этапонной частоты, выход которогочерез третий ключ соединен с выходомреверсивного счетчика, введены второйинтегрирующий усилитель, вторая схемасравнения, два дополнитепьных ключа, дватриггера и элемент ИЛИ, входы которогосоединены с выходами триггеров, а выход,подключен к управляющему входу третьего ключа, вход второго интегрирующего усилителя через первый и второй допопнительные ключи подключен соответственно к информационному входу и входуопорного напряжения интегратора, выходвторого интегрирующего усилителя соединен со входом второй схемы сравнения,выход которой подключен ко второму входу блока формирования сигнапа управпения, второй выход которого подкпючен куправляющему входу первого дополнительного кпюча, управляющие входы второгоосновного и второго дополнитепьного ключей соединены с выходом соответствующего триггера, синхронизируюший входкаждого триггера подключен к выходу генератора эталонной частоты, а информационные входы. триггеров соединены соответственно с третьим и четвертым выходами бпока формирования импульсов управления.На фиг. 1 дана, электрическая схемаинтегратора напряжения; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы; на фиг,З -схема блока формирования импульсов.управпения (вариант),Интегратор напряжения (фиг. 1 ) содержит ключи 1 и 2, дополнительные ключи 3 и 4, интегрирующие усилитепи 5 и6, схемы 7 и 8 сравнения, бпок 9 фор,мирования импупьсов управпения, шины5 9629 10 и 11 задания времени интггрирования, триггеры 12 и 13, генератор 14 эталонной частоты, ключ 15, реверсивный счетчик 16 и элемент ИЛИ 17,Блок 9 формирования импульсов управ 5 пения (фиг.3) содержит управляющий М 5 -триггер 18, входы которого являются шинами задания времени интегриро.вания, а выход подключен к первым входам элементов И 19 и 20, вторые входы 10 которых соединены с выходом мультивибратора 21, Выходы элементов И 19 и 20 являются первым и вторым выходами блока 9 формирования импульсов управления и через дифференцируюшие цепи 22 л 15 23 подключены к К-входам В 6-триггеров 24 и 25, -входы которых являются входами блока формирования импульсов управления, Выходы В 5 -триггеров 24 и 25 через элемента И 26 и 27, вторые вхо О ды которых подключены к выходу мультивибратора 21, соединены с третьим и четвертым выходами блока формирования импульсов. управления.125Интегратор работает следующим образом,С поступлением на вход блока 9формирования сигналов по шине 10 запускающего импульса блок 9 формирует 30на своих выходах управляющие сигналы,замыкая ключ 2 и подкшочвя интегрируший усилитель 5 к информационному входу интегратора, ключи 1, 3, 4 и 15 разомкнуты, В течение времени первого такта 55происходит интегрирование входного сигна .па интегрирующим усилителем 5, По окончании времени первого такта в моментвремениразмыкается ключ 2 и замыкается ключ 3, подключая ко входу ин Отегратора интегрирующий усилитель 6, одновременно нв информационном входе триггера 12 появляется управляюшее напряжение и по первому импульсу с выходаГенератора 14 эталонной частоты в момент временитриггер устанавливается в единичное состояние, замыкаютсяключи 1 и 15 и емкость интегрирующего усилителя начинает разряжаться отисточника опорного напряжения в течениевремени второго такта, В течение этогоже времени импульсы от генератора эталонной частоты через ключ 15 поступают в счетчик 16, Как только выходноенапряжение интегрирующего усилителя 5достигнет нулевогозначения ( ), срабатывает схема 7 сравнения и через блок9 устанавливает на информационном входе триггера 12 нулевое управляющее напряжение, триггер переключается в нуле-вое состояние ( ) с приходом первогоимпульса от генератора 14 эталоннойчастоты и размыкает ключи 1 и 15, Таким образом, к моменту времени (1) всчетчике 16 сформирован код, пропорциональный интегралу входного сигнала. Анвлогично первому каналу интегрирования,образованному ключами 1 и 2, интегрирующим усилителем 5 и схемой 7 сравнения, работает второй канал, состоящийиз ключей 3 и 4, интегрирующего усилителя 6 и схемы 8 сравнения, причем интегрирование входного напряжения производится поперменно интегрируюшими усилителями 5 и 6, также попеременно происходит преобразование их выходного напряжения в цифровой код.В отличие от традиционного методадвутактного интегрирования, при которомот цикла к циклу происходит накапливаниеошибки (фиг. 2 а), в предлагаемом интеграторе за счет синхронизации моментаразмыкания кшочей 1 и 4 импульсами генератора 14 эталонной частоты, интегрирование опорного напряжения во второмтакте продолжается до первого (послесрабатывания схемы сравнения) импупьсагенератора эталонной частоты (фиг.2 б),При этом интегрирование входного сигнала в следующем цикле начинается нес нулевого напряжения, а г. некоторогоначального напряжения ЬО, а истинноевремя второго такта Т равно измеренному времени Т (в отличие от традиционного метода, где они различаются на величину б )Таким образом, в предлагаемом интеграторе установлена погрешность исходного метода, заключающаяся в накапливании ошибки от цикпа к циклу интегрирования, и погрешность, связанная с дискретностью преобразования, не превышаетединицы младшего разряда независимо отколичества циклов интегрирования,Предлагаемый интегратор особенно успешно может быть использован в тех случаях, когда необходимо измерить форму кривой входного сигнала (например,индукции магнитного поля), получив рядцифровых значений, соответствукцих различным точкам кривой следующих с определенным временным интервалом, Вэтом случае при использовании обычногодвутвктного интегратора каждое измерение позволяет получить лишь одно значение исследуемой функции, для получения последующих значений требуется повторить цикл магнитного попя, что обыч962трудное-) Применение предлагаемого интегратора позволяет резко сократить затраты времени на измерение магнитных харак- теристик магнитов эпектрофизических установок и автоматизировать этот процесс с использованием ЗВМ, Количество магйитов в современных электрофизических установках достигает многих сотен (для проектируемого ускорительно-накопительного комплекса УНК это число превышает 4000) и их калибровка с использованием традиционных методов требует больших затрат времени. Кроме того, использование предлагаемого интегратора позволяет существенно снизить расход электроэнергии на питание магнитов в процессе измерения, так как снятие характеристики магнита производится за один цикл магнитного поля, в отличие от исходного метода, где для этого требуется нескопько циклов. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе ф 1. Патент США Мо 3783392,кл. 328-127, опубпик, 1974. 2, Литвуд. Р. Быстродействующий интегратор для магнитных измерений. интегратор дпя магнитных измерений. фО Р 5/5 М/ йо 1 е 77-2. Технический отчет БЕРН, 1977 (прототип), но сопряжено с известнымистями. Ф орму па изобрете ни я Интегратор напряжения, содержащий последовательно соединенные интегрирующий усилитель и схему сравнения, выход которой подключен к первому входу блока формирования импульсов управления первый выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, включенного между информационным входом интегратора и входом интегрирующего усилителя, соединенным через второй ключ с входом опорного напряжения интегратора, и генератор эталонной частоты, выход которого через третий кпюч соединен с выходом реверсивного счетчи-. 993 8ка, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности интегрирования и информативности интегратора и расширенйя динамического диапазона входного сигнала при большой чувствительности, в него введены второй интегрирующий усилитель, вторая схема сравнения, два дополнительных ключа, два триггера и элемент ИЛИ, входы которо- О го соединены с выходами триггеров, авыход подклюЧен к управляющему входу третьего ключа, вход второго интегрирующего усилителя через первый и второй дополнительные ключи подключен соответ- И ственно к информационному входу и вхо-ду опорного напряжения интегратора, выход второго интегрирующего усилителя соединен со входом второй схемы сравнения, выход которой подключен к второму 2 О входу блока формирования сигнала управления, второй выход которого подключен к управляющему входу первого допопнительного ключа, управляющие входы второго основного и второго допопнительного д ключей соединены с выходом соответствующего триггера, синхронизируюший вход каждого триггера подключен к выходу генератора эталонной частоты, а информационные входы триггеров соединены со- Э ответственно с третьим и четвертым выходами блока формирования импульсов управления.2 Тираж 731 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета СССРло делам изобретений и открытий13035, Москва, ЖРаушская наб., д, 4 илиал ППП фПатент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель С, Белан едактор Ю. Ковач Техред А, Ач Корректор Н, Буряк