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积分器原理简介

ASIPP. 积分器原理简介. ASIPP. 一、研究背景. 二、积分器原理. 三 、各类积分器简介. 四、总结. ASIPP. 一、研究背景. 在托卡马克装置中，对高温等离子体态反应物质需要各种位形磁场的约束和平衡，而磁位形只能通过磁感应方式进行间接测量。根据电磁理论， 分布在磁场周围的磁探针输出的感生电压 信号. ASIPP. 研究 背景.

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Presentation Transcript

  1. ASIPP 积分器原理简介

  2. ASIPP 一、研究背景 二、积分器原理 三、各类积分器简介 四、总结

  3. ASIPP 一、研究背景 在托卡马克装置中，对高温等离子体态反应物质需要各种位形磁场的约束和平衡，而磁位形只能通过磁感应方式进行间接测量。根据电磁理论，分布在磁场周围的磁探针输出的感生电压信号

  4. ASIPP 研究背景 只是待测物理量磁场强度或磁通量的微分量，要得到相应的B或φ信号用于等离子体诊断或反馈控制,例如计算等离子体电流信号、控制等离子体位移和形状等，就必需对相应的感生电压信号进行积分，积分器便是完成这一积分运算不可或缺的设备。

  5. ASIPP 二、积分器原理 积分器类型包括： 模拟积分器 数字积分器 模数混合积分器

  6. ASIPP 模拟积分器基本原理

  7. ASIPP 模拟积分器存在的问题 Ⅰ、积分漂移 因为运放存在输入失调电压(输入级电路参数不可能绝对对称)、输入失调电流和输入偏置电流及其温漂等，即使输入电压为零，输出也不为零，输出电压随时间不断向一个方向变化（增大或减小），称为“积分漂移现象”即零漂。 输入失调电压、失调电流也会随温度变化而变化，即温漂。

  8. ASIPP 模拟积分器存在的问题 Ⅱ、非线性误差 对于实际积分电路，由于积分电容的介质损耗和泄漏电阻的存在及运放的非理想，给积分电容上的电荷提供了放电通路，实际积分输出与线性产生了偏离，呈指数衰减，这就是非线性误差。

  9. ASIPP 改善措施 • 选择优质器件。包括运放、积分电阻、积分电容的选择。 • 条件允许的情况下，尽可能地缩短积分时间，减少积分误差造成的影响。 • 消除电容初始电压E。在每次积分开始前，设法将积分电容两端短路，以消除积分开始前因积分误差所造成的影响。 • 用作积分的运放在积分前应仔细调零，并改善积分器的工作环境。如温度、电磁干扰等。

  10. ASIPP 三、各类积分器简介 改进的模拟积分器----实时补偿型积分器 实时补偿性积分器的基本原理

  11. ASIPP 驱动后端电路 积分电容清零切换 积分器模块结构框图

  12. ASIPP 改进的模拟积分器 自动补偿式积分器原理图 自动补偿型积分器

  13. ASIPP （a）测量零漂（b）补偿零漂（c）积分电容清零（d）开始积分

  14. ASIPP 数字积分器原理 由此，函数的积分运算变成了函数值的累加运算,当足够小时，即AD采样率足够高，则累加求和运算代替积分运算所引入的误差可以不超过所允许的误差，这样也就满足积分计算所需要的精度。

  15. ASIPP 数字积分器误差分析 • 积分运算误差 由于AD采样率是有限的，所以不可能足够小，这样的话不能完全等同于的值，所以计算的多个小长方形面积之和不等于从区间[ ，]所包围的面积； 根据乃奎斯特采样定理，采样频率需大于等于信号最高频率的两倍； • ADC的量化误差 数字积分器的主要误差来自模数转换的量化误差。量化即把采样信号的幅值与某个最小数量单位的一系列整倍数比较，以最接近于采样信号幅值的最小数量单位倍数（量化单位）来代替该幅值。由采样信号的幅值与量化单位的误差，叫做量化误差。

  16. ASIPP 基于FPGA的数字积分器 基本原理： t1时段：输入信号不变，器件的固有噪声不变，和原始信号一起采进FPGA t2时段：输入信号反向，器件的固有噪声不变，和原始信号一起采进FPGA FPGA：控制模拟开关切换，同时将t2时段采进来的信号以和模拟开关一样的切换频率进行反向，然后和t1时段的信号累加，从而将噪声消除以达到减小零漂的目的+=2

  17. ASIPP 基于DSP的自适应积分器原理 模数混合积分器 系统框图

  18. ASIPP 基于DSP的自适应智能型积分器 • 具体计算斜率的步骤如下： （1）在开始积分并在信号来之前，采集一段时间内（如1s) 多时间点位上的初始积分输出信号，求取该段积分信号的平均值，作为初始零位值。 （2）待积分时间t长一些（这样积分漂移就比较明显，计算斜率也会比较准确），再采集一段时间内（如1s）多时间点位上的积分输出信号取平均值，作为积分漂移输出值。 （3）根据(-)/t计算出时间段t内的积分漂移斜率，保存好这个斜率。 利用积分漂移率来计算时间段t内的漂移量，将本次实际输出的积分信号扣除漂移量，就可以获得处理后的输出信号

  19. ASIPP 交替式积分器 模数混合积分器 交替式积分器基本结构 系统由两路模拟积分器、模拟开关(MAX4664,最大导通电阻为5 ，最大开启时间400ns，最大关断时间350ns)、AD模数转换器、DSP处理器、DA数模转换器、滤波电路组成。由模拟电路完成积分，DSP实现开关的通断及切换、零漂的扣除以及信号的累加。

  20. ASIPP 四、总结 1、模拟积分器具有速度快，能实时得到积分结果，但由于器件固有的物理特性，不可避免的存在漂移及非线性误差，还有放大器分饱和等问题 2、数字积分器动态范围大，不存在饱和及电容泄露、漂移等问题，但是用到了ADC、DAC，就会存在采样率、量化误差等问题且不能实时的得到积分结果

  21. ASIPP 谢谢！

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