專利名稱：長時間自適應積分方法
技術領域：
本發(fā)明涉及積分方法，更具體地說是一種能有效消除零漂的長時間積分方法。
背景技術：
長時間積分器主要應用于一些裝置的電磁測量中，例如在托卡馬克放電實驗過程中，許 多電磁測量診斷信號的輸出均為該信號的微分量，要想還原該信號，需要使用積分器。隨著 托卡馬克核聚變研究的不斷發(fā)展，等離子體的放電時間越來越長，因此，積分時間也要求越 來越長，甚至要求達到千秒量級。由于零漂的存在，模擬積分器都需要設置調(diào)零電路，在每 次使用前，通過調(diào)零電路將積分器調(diào)到最好狀態(tài)，即最小漂移，這樣的調(diào)零工作較為繁重。 實際上，即便是在使用前將每路積分器都調(diào)得很好，使用過程中，由于溫度和電磁場環(huán)境的 不斷變化，也會使先前調(diào)整好的零點不可避免地發(fā)生漂移，常規(guī)模擬積分器只能有效工作幾 十秒。已有數(shù)字積分器，是通過AD或VF的方法首先將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再經(jīng)過相應 的算法處理完成積分運算，最后再通過DA或FV將結(jié)果轉(zhuǎn)換成模擬量。數(shù)字積分器的精度 主要取決于AD或VF的分辯率，分辯率越高，精度越高，因此，數(shù)字積分器在選擇高分辯 率的AD或VF時，導致其價格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術所存在的不足之處，提供一種能有效消除零漂的長時間自 適應積分方法。
本發(fā)明解決技術問題所采用的技術方案是 本發(fā)明長時間自適應積分方法的特點是
a、 測定上一次脈沖信號積分開始時的積分初始值Vs和積分結(jié)束時的積分漂移值Ve， 積分時間為T，則時間T內(nèi)的積分漂移量Vp廣Ve-Vs，獲得上一次脈沖信號積分漂移率1^
Vpy/T;
b、 對于本次脈沖信號積分過程中以At為時間間隔的每一時刻h、 t2....tn，利用上一次 脈沖信號積分漂移率k計算本次脈沖信號的每一時刻的積分漂移量Vptn， Vptn = kXtn，測量 對應時刻位置上本次脈沖信號積分器的輸出電壓值V。tn，獲得本次脈沖信號對應時刻位置的 積分修改正值V修-V她-Vptn;
設定第一次積分的漂移率為零值。
本發(fā)明長時間自適應積分方法的特點也在于對于脈沖信號積分漂移率k的計算按如下
步驟進行
a、 在開始積分并在脈沖信號來到之前，采集一段時間內(nèi)多時間點位上的初始積分輸出 信號，求取所述各初始積分輸出信號的平均值，作為所述積分器輸出信號的初始值Vs;
b、 經(jīng)過時間T，脈沖信號結(jié)束，采集隨后一段時間內(nèi)多時間點位上的積分輸出信號， 求取所述積分輸出信號的平均值，作為積分器輸出信號的積分漂移值Ve;
C、根據(jù)(Ve-Vs) /T計算時間段T內(nèi)的積分器漂移量率k。
與已有技術相比本發(fā)明方法的有益效果體現(xiàn)在
傳統(tǒng)的積分器都采是模擬積分器，調(diào)零困難。每次實驗前都要對電路進行調(diào)零，工作量 很大， 一旦環(huán)境特別是溫度變化，引起器件參數(shù)的變化，先前調(diào)好的零點，就會發(fā)生變化， 積分器在積分時漂移率往往就變大了，很難滿足長脈沖實驗的需要。本發(fā)明方法采用模擬積 分和數(shù)字修正相結(jié)合的方式，利用模擬積分器完成積分，再由數(shù)字部分電路利用上次脈沖實 驗得到的積分漂移斜率對本次積分進行扣除。因為相鄰兩次實驗的實驗條件基本一致，因此 積分的漂移斜率也大致相同，這樣通過扣除，漂移量可大大減小，避免了反復調(diào)零的麻煩， 實現(xiàn)了長時間積分的調(diào)零自動化。


圖1為本發(fā)明方法原理示意圖。
圖2為實施本發(fā)明方法的積分器構(gòu)成框圖。
圖3為實施本發(fā)明方法所采用的差分式積分器原理圖。
以下通過具體實施方式
，結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述
具體實施例方式
圖1 (a)所示，測定上一次脈沖信號積分開始時的積分初始值Vs和積分結(jié)束時的積分 漂移值Ve，積分時間為T，則時間T內(nèi)的積分漂移量Vpy-Ve-Vs，獲得上一次脈沖信號積 分漂移率l^Vpy/T;
圖1 (b)所示，對于本次脈沖信號積分過程中以At為時間間隔的每一時刻tj、 t2....tn...， 利用上一次脈沖信號積分漂移率k計算本次脈沖信號的每一時刻的積分漂移量Vptn， Vptn = k Xtn,測量對應時刻位置上本次脈沖信號積分器的輸出電壓值V。tn，獲得圖l (C)所示的本 次脈沖信號對應時刻位置的積分修改正值V ft=V。tn-Vptn;
設定第一次積分的漂移率為零值。
具體實施中，對于脈沖信號積分漂移率k的計算按如下步驟進行1、 在開始積分并在脈沖信號來到之前，采集一段時間內(nèi)多時間點位上的初始積分輸出 信號，求取所述各初始積分輸出信號的平均值，作為所述積分器輸出信號的初始值Vs;
2、 經(jīng)過時間T,脈沖信號結(jié)束，采集隨后一段時間內(nèi)多時間點位上的積分輸出信號， 求取所述積分輸出信號的平均值，作為積分器輸出信號的積分漂移值Ve;
3、 根據(jù)(Ve-Vs) /T計算時間段T內(nèi)的積分器漂移量率k。 具體實施中相應的積分器設置包括
參見圖2，采用模擬和數(shù)字電路相結(jié)合的技術方案，前端使用模擬積分器進行積分，后
端通過AD轉(zhuǎn)換將模擬量數(shù)字化，并利用由MCU或DSP之類的處理單元完成相應的數(shù)字量 的計算，再由DA將其轉(zhuǎn)換為模擬量進行進行輸出。
前端模擬積分器應盡量做到漂移小，首先選用共模抑制比高、輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 小的運算放大器，例如自調(diào)零放大器——LTC1052、 LTC1151等，它們的輸入失調(diào)電壓和失 調(diào)電流小，性能參數(shù)要比一般的運算放大器至少高一個量級；設計有效的調(diào)零電路，將模擬 積分器的零漂調(diào)節(jié)的較小；采用差分式積分器，如圖3所示， 一路對信號Vin積分， 一路對 地積分，通過減法器相減，扣除掉對地積分的漂移，兩路積分電路結(jié)構(gòu)一樣，選用的器件的 各項參數(shù)也應一致， 一般選用集成在一個芯片中的兩個運算放大器，它們的失調(diào)電壓失調(diào)電 流和溫漂比較接近，例如LTC1151。將兩路積分器調(diào)整為一致的狀態(tài)，可以有效抑制積分器 的積分漂移。
若設計的前端差分式積分器1000s的漂移在100mV左右，利用本發(fā)明方法可以將長時 間積分的漂移量控制在10mV以下。
權(quán)利要求
1、長時間自適應積分方法，其特征是a、測定上一次脈沖信號積分開始時的積分初始值Vs和積分結(jié)束時的積分漂移值Ve，積分時間為T，則時間T內(nèi)的積分漂移量Vpy＝Ve-Vs，獲得上一次脈沖信號積分漂移率k＝Vpy/T；b、對于本次脈沖信號積分過程中以Δt為時間間隔的每一時刻t1、t2....tn，利用上一次脈沖信號積分漂移率k計算本次脈沖信號的每一時刻的積分漂移量Vptn，Vptn＝k×tn，測量對應時刻位置上本次脈沖信號積分器的輸出電壓值Votn，獲得本次脈沖信號對應時刻位置的積分修改正值V修＝Votn-Vptn；設定第一次積分的漂移率為零值。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的長時間自適應積分方法，其特征是對于所述脈沖信號積分漂移率k的計算按如下步驟進行a、 在開始積分并在脈沖信號來到之前，采集一段時間內(nèi)多時間點位上的初始積分輸出信號，求取所述各初始積分輸出信號的平均值，作為所述積分器輸出信號的初始值Vs;b、 經(jīng)過時間T，脈沖信號結(jié)束，采集隨后一段時間內(nèi)多時間點位上的積分輸出信號， 求取所述積分輸出信號的平均值，作為積分器輸出信號的積分漂移值Ve;c、 根據(jù)(Ve-Vs) /T計算時間段T內(nèi)的積分器漂移量率k。
全文摘要
長時間自適應積分方法，其特征是測定上一次脈沖信號積分漂移率，利用上一次脈沖信號積分漂移率計算本次脈沖信號的每一時刻的積分漂移量，測量對應時刻位置上本次脈沖信號積分器的輸出電壓值，從而獲得本次脈沖信號對應時刻位置的積分修改正值。本發(fā)明方法是以模擬積分和數(shù)字修正相結(jié)合的方式，獲得長時間積分對于零漂的自動修改。
文檔編號G01R31/00GK101178425SQ200710191090
公開日2008年5月14日 申請日期2007年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月6日
發(fā)明者季振山, 勇 王, 羅家融 申請人:中國科學院等離子體物理研究所