Интегратор напряжения

 

Союз Советских

Социалистических

Реслиблик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()962993 (6I ) Дополнительное к ввт. свил-ву (22) Заявлено 30.12.80 (2I ) 3261483/18-24 (5I )Ì. K.÷.

S 06 G 7/186 с присоединением заявки И

3Ьеудерстеанай комитет

СССР ие делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.09.82. Бюллетень Юв 36

Дата опубликования описания 30.09.82 (53) УДК681,335 (088.8) Б. А. Алексеев, B. Г, Ивкин и IO. М. Федоришин, (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель (54) ИНТЕГРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения магнитных характеристик электромагнитов электрофизических установок, Наиболее широко интеграторы напряжения применяются для измерения изменяюшихся и переменных магнитных полей электромагнитов, причем в качестве первичных преобразователей при измерениях используются индукционные катушки.

В результате таких измерений снимаются характеристики связи напряженности магнитного поля от тока питания электромаг нита, 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 с относительной погрешностью 10 при длительности цикла 5 с и скорости нарастания поля 30 кА/м с.

В настояшее время требование повышения энергии ускоренных частиц и успехи в области создания сверхпроводников привели к использованию в кольцевых протонных синхротронах электромагнитов с обмотками из сверхпроводяшего материала.

Это, в свою очередь, наложило определенные. требования на аппаратуру измерения магнитных характеристик, так как увеличилась напряженность магнитного поля, значительно удлинился цикл магнитного поля, уменьшилась величина зазора, уменьшились скорости нарастания и спада магнитного поля, увеличилось количество магнитов.

Современные интеграторы напряжения для измерения магнитных характерис3 9629 тик электромагнитов электрофиэических установок 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 цепью автоматизации результатов измерений.

Известны интеграторы напряжения с 1О представлением результата в цифровой форме, построенные по методу преобразования напряжения в частоту. Такие интеграторы могут использоваться для ин тегрирования длительных процессов и позвопяют попучать текушее значение интеграла в цифровой форме 1), Г

Однако данные интеграторы обпадают недостаточным динамическим диапазоном по входу и не обеспечивают необходимой точности, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности явпяется интегратор, испопьзуюшийся для проведения массовых измерений магнитных характеристик электромагнитов суперпротонного синхротрона БЕРН, построенный цо методу двутактного интегрирования..

Работа данного интегратора построена так, что в первом такте происходит интегрирование входного сигнапа в течение фиксированного интервапа времени, определяемого кодом, установпенным в ревер сивком счетчике. В течение второго такта интегрирующая емкость разряжается от источника опорного напряжения и про35 исходит преобразование в цифровой код ннтеграпа входного сигнала (2).

Такой интегратор обладает высокой точностью интегрирования и большим вход40 ным динамическим диапазоном, но не позволяет получать несколько дискретных значений интеграла входной величины в течение одного цикла изменения магнитного поля, так как на время второго такта вход интегратора отключается от индукционной катушки. Очевидно, что тре-, бование попучения нескольких дискретных значений интеграпа входнбй функции без потери информации можно удовлетворить путем включения второго двутактного интегратора, причем их работу синхронизировать таким образом, чтобы такт ин-, тегрирования входного сигнала одного интегратора совпадал,по времени с тактом преобразования измеренной величины в цифровой код apyroro интегратора.

Однако такое устройство будет иметь накаппивающуюся во времени ошибку, связан93 4 ную .с дискретным характером преобразования.

Цель изобретения — повышение точности интегрирования и информативности интегратора и расширение динамического диапазона входного сигнала при большой чувствитепьности.

Поставпенная цепь достигается тем, . что в интегратор напряжения, содержаший последовательно соединенные интегрируюший усилитель и схему сравнения, выход которой подкпючен к первому входу блока формирования импульсов управпения, первый выход которого соединен с управпяюшим входом первого ключа, включенного между информационным входом интегратора напряжения и входом интегрируюшего усипитепя, соединенным через второй ключ с входом опорного уровня интегратора напряжения, и генератор этапонной частоты, выход которого через третий ключ соединен с выходом реверсивного счетчика, введены второй интегрируюший усилитель, вторая схема сравнения, два дополнитепьных ключа, два триггера и элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами триггеров, а выход ,подключен к управляющему входу третье.го ключа, вход второго интегрирующего усилителя через первый и второй допопнительные ключи подключен соответственно к информационному входу и входу опорного напряжения интегратора, выход второго интегрируюшего усилителя соединен со входом второй схемы сравнения, выход которой подкпючен ко второму вхоау блока формирования сигнапа управпения, второй выход которого подкпючен к управляющему входу первого дополнительного к аоча, управляюшие входы второго основного и второго дополнитепьного ключей соединены с выходом соответствующего триггера, синхронизируюший вход каждого триггера подключен к выходу генератора эталонной частоты, а информационные входы .триггеров соединены соответственно с третьим и четвертым выходами бпока формирования импульсов управле ния.

На фиг. 1 дана, электрическая схема интегратора напряжения; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы; на фиг.3схема блока формирования импульсов. управпения (вариант), Интегратор напряжения (фиг. 1 ) содержит ключи 1 и 2, дополнительные ключи 3 и 4, интегрирующие усилитепи 5 и 6, схемы 7 и 8 сравнения, бпок 9 фор,мирования импупьсов управпения, шины

5 9629

10 и 11 задания времени интггрирования, триггеры 12 и 13, генератор 1-4 эталонной частоты, ключ 15, реверсивный счетчик 16 и элемент ИЛИ 17.

Блок 9 формирования импульсов управ. пения (фиг.3) содержит управляющий

RS -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

23 подключены к R-входам RS -триггеров

24 и 25, -входы которых являются входами блока формирования импульсов управления. Выходы R5 -триггеров 24 и 25 через элемента И 26 и 27, вторые вхо- щ ды которых подключены к выходу мультивибратора 21, соединены с третьим и четвертым выходами блока формирования импульсов. управления.

Интегратор работает следуюшим образом.

С поступлением на вход блока 9 формирования сигналов по шине 10 запускаюшего импульса блок 9 формирует 30 на своих выходах управпяюшие сигналы, замыкая ключ 2 и подкшочая интегрируший усилитель 5 к информационному входу интегратора, ключи 1, 3, 4 и 15 разомкнуты. В течение времени первого такта 35 происходит интегрирование входного сигна . па интегрируюшим усилителем 5, По окончании времени первого такта в момент времени размыкается ключ 2 и замыкается ключ 3, подключая ко входу ин- 4О тегратора интегрируюший усилитель 6, одновременно на информационном входе триггера 12 появляется управляюшее напряжение и по первому импульсу с выхода

:генератора 14 эталонной частоты в мо( мент времени триггер устанавливается в единичное состояние, замыкаются ключи 1 и 15 и емкость интегрируюшего усилителя начинает разряжаться от источника опорного напряжения в течение времени второго такта. В течение этого же времени импульсы от генератора эталонной частоты через ключ 15 поступают в счетчик 16. Как только выходное напряжение интегрируюшего усилителя 5 достигнет нулевого значения (), срабатывает схема 7 сравнения и через блок

9 устанавливает на информационном входе триггера 12 нулевое управляющее на93 пряжение, триггер переключается в нуле- вое состояние (g ) с приходом первого импульса от генератора 14 эталонной частоты и размыкает ключи 1 и 15. Та1 ким образом, к моменту времени (+<) в счетчике 16 сформирован код, пропорциональный интегралу входного сигнала. Ана логично первому каналу интегрирования, образованному ключами 1 и 2, интегрирующим усилителем 5 и схемой 7 сравнения, работает второй канал, состоящий из ключей 3 и 4, интегрируюшего 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.

B отличие от традиционного метода двутактного интегрирования, при котором от цикла к циклу происходит накапливание ошибки (фиг. 2а), в предлагаемом инте °граторе за счет синхронизации момента размыкания кшочей 1 и 4 импульсами генератора 14 эталонной частоты, интегрирование опорного напряжения во втором такте продолжается до первого (после срабатывания схемы сравнения) импупьса генератора эталонной частоты (фиг.2б).

При этом интегрирование входного сигнала в следующем цикле начинается не с нулевого напряжения, а г. некоторого начального напряжения аО, а истинное время второго такта Т равно измерен-! ному времени Т (в отличие от традиционного метода, где они.различаются на величину б ).

Таким образом, в предлагаемом интеграторе установлена погрешность исходного метода, заключающаяся в накаплива. нии ошибки от цикпа к циклу интегрирования, и погрешность, связанная с дискретностью преобразования, не превышает единицы младшего разряда независимо от количества циклов интегрирования.

Предлагаемый интегратор особенно успешно может быть использован в тех слу» чаях, когда необходимо измерить форму кривой входного сигнала (например, индукции магнитного поля), получив ряд цифровых значений, соответствукмцих различным точкам кривой, следующих с определенным временным интервалом. B этом случае при использовании обычного двутактного интегратора каждое измерение позволяет получить лишь одно значение исследуемой функции, для получения последуюших значений требуется повторить цикл магнитного попя, что обыч962 трудно-, но сопряжено с известными стями.

Применение предлагаемого интегратора позволяет резко сократить затраты времени на измерение магнитных харак теристик магии тов эпектрофиэических установок и автоматизировать этот процесс с использованием ЗВМ. Количество мщйитов в современных электрофиэических установках достигает многих сотен (для проектируемого ускорительно-накопительйого 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.

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 кшоч с входом опорного напряжения ин тегратора, и генератор эталонной частоты, выход которого через третий кпюч соединен с выходом реверсивного счетчи993 8 ка, о т л и ч а ю ш и и 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, а выход подключен к управляющему входу третьего ключа, вход второго интегрируюшего усилителя через первый и второй дополнительные ключи подключен соответИ ственно к информационному входу и вхо-ау опорного напряжения интегратора, выход второго интегрирующего усилителя соединен со входом второй схемы сравнения, выход которой подключен к второму

2О 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 BbIxoAoM соответствующего триггера, синхронизируюший вход каждого триггера подключен к выходу генератора эталонной частоты, а информационные входы триггеров соединены соЭп ответственно с третьим и четвертым выходами блока формирования импульсов управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США М 3783392, кл. 328-127, опубпик. 1974.

2. Литвуд P. Быстродействующий интегратор для магнитных измерений. интегратор дпя магнитных измерений.

Р5 / 9М/ 80t8 77-2. Технический отчет UEPH, 1977 (прототип), 962993

Ору даиаФ

Erdrepe юлю

Я? ЯИКА йт

mpuzWo дни йж рр р/ащ ри ууи/мю ,ВИЛ

NpuudjaF

AreVydХ

М Ид

ЩЙЙ;Й7 ейном

962993

Составитель С. Белан

Редактор Ю. Ковач Техред А. Ач Корректор Н. Буряк

Заказ 7517/72 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4