本发明专利技术公开了一种基于Rogowski线圈测量的信号运算装置；该装置包括依次连接的控制电路、积分电路以及运算电路；积分电路包括第一积分单元、第二积分单元和第三积分单元。本发明专利技术采用全硬件化模拟电路，对由Rogowski线圈测量的信号进行后续处理，包括前级信号的积分处理，后续对输出信号或反馈信号进行合成运算；本发明专利技术所用电路工作在恒温条件，且工作时间较短，通过控制电路来实现对电路工作情况的调节，模拟积分电路中，用失调补偿的方法来消除由失调输入电压、电流和偏置电流带来的影响，同时采用低温漂的元器件和运算放大器。信号运算装置部分采用三路输入、单路输出的运算方式，信号运算系数设定方便，电路结构清晰，响应速度快，抗干扰性强，运算精度高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电磁测量
，更具体地，涉及一种基于Rogowski线圈测量的信号运算装置。
技术介绍
在托卡马克装置中，等离子体位移测量是最基本的诊断之一，它对于装置的运行和实验有不可替代的意义。一方面它是等离子体是否达到宏观平衡的标志；另一方面，在等离子体反馈平衡控制系统中，它又是所产生的位置偏差信号的来源。J-TEXT装置上位移测量就是采用的变形Rogowski线圈和鞍型线圈。基于Rogowski线圈的测量原理以及位移测量原理，要得到所需电流信号，测量后续处理电路中积分器电路和信号运算装置是其中关键组成部分。 为了确保线圈测量数据的准确性，主要要注重2个方面一个是线圈自身的设计和安装结构；另一个是信号的引出以及后续处理电路的可靠性。目前来说，线圈设计方面，随着磁场位形研究的深入，其自身设计上不断得到改善，而我们研究的重点就是线圈后续处理电路的优化设计。积分电路主要有两种实现方式模拟积分器和数字积分器，其中，模拟积分器的特点是响应时间快，并且易于实现，但是难以确保高的准确度和稳定性。特别是当信号频率较低、信号量较小并且积分时间较长时，积分器中元器件如积分电容、电阻等的特性也会随时间、温度的变化产生漂移现象，影响较大会直接导致积分结果不正确，进而降低测量系统的准确性；同时积分器芯片自身特性也会对积分效果产生比较大的影响，比如运算放大器的输入失调电压、输入偏置电流及其温度漂移等。因此，结合模拟积分器自身的特点，可以用于对冲击电流的测量，而在对于稳定持续电流的测量中难于在长期运行中保持高的准确度，这也是目前长时间积分器的研制的难点。数字积分器实现相对比较复杂，其积分性能不受元器件的时间、温度特性的影响，能够长期持续的准确测量稳态信号。但是采用数字积分器实现对瞬时冲击电流的测量非常困难，一般用于对测量要求准确度很高，而且暂态响应要求不高的条件下。对于运算电路部分，目前采用的信号获取方法是将原始信号积分后接入采集系统，然后通过计算机软件进行数值计算得到的，这样就会引入来自A/D模数转换以及数值运算等方面的延时，而且响应速度较慢，不能满足信号的实时获取和观测。在这种背景下，我们需要一种可以综合解决以上问题的信号处理电路，即可同时保证积分的准确性和信号运算的可靠性、实时性。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于Rogowski线圈测量的信号运算装置，旨在解决现有技术中难以保证积分信号准确性、响应速度较慢，不能满足信号的实时获取和观测的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于Rogowski线圈测量的信号运算装置，包括依次连接的控制电路、积分电路以及运算电路；所述积分电路包括第一积分单元，其输入端连接ROG信号，控制端连接至所述控制电路的输出端，所述第一积分单元的输出端连接至所述运算电路的输入端；第二积分单元，其输入端连接SAD信号，控制端连接至所述控制电路的输出端，所述第二积分单元的输出端连接至所述运算电路的输入端；以及第三积分单元，其输入端连接IP信号，控制端连接至所述控制电路的输出端，所述第三积分单元的输出端连接至所述运算电路的输入端；工作时，控制电路输出积分时间控制信号，所述第一积分单元对线圈测量ROG信号进行积分处理，所述第二积分单元对线圈测量SAD信号进行积分处理，所述第三积分单元对线圈测量IP信号进行积分处理，运算电路对积分处理后的信号进行合成运算处理。更进一步地，所述控制电路包括依次连接的低通滤波器、光隔离器、开关管以及延时继电器；所述低通滤波器用于对输入的触发信号进行滤波，所述光隔离器用于隔离输入端和输出端并实现两端电气隔离，所述开关管用于控制所述延时继电器动作，所述延时继电器用于控制所述积分电路的工作状态。 更进一步地，所述第一积分单元包括补偿电路、积分器和第一跟随器，所述积分器的输入端作为所述第一积分单元的输入端连接ROG信号，所述积分器的控制端作为所述第一积分单元的控制端连接至所述控制电路的输出端，所述积分器的补偿端连接所述补偿电路，所述第一跟随器的输入端连接至所述积分器的输出端，所述第一跟随器的输出端作为所述第一积分单元的输出端。更进一步地，所述积分器包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第一电容，所述第一运算放大器的反相输入端通过第一电阻连接ROG信号，所述第一运算放大器的正相输入端连接所述补偿电路；所述第一电容连接在所述第一运算放大器的反相输入端与输出端之间；所述第二电阻的一端连接至所述第一运算放大器的反相输入端，另一端连接所述控制电路。更进一步地，所述补偿电路包括可调电阻、第五电阻、串联连接在所述第一运算放大器的正相输入端与地之间的第三电阻和第四电阻；所述可调电阻连接在正负电源之间，所述可调电阻的可调端通过所述第五电阻连接至所述第三电阻与所述第四电阻的串联连接端。更进一步地，所述运算电路包括依次连接的除法器、第二比例放大器和第二跟随器，输出端与所述除法器的第一输入端连接的比例加法器，以及输出端与所述除法器的第二输入端连接的第一比例放大器；所述比例加法器的输入端连接所述第一积分单元的输出端和第二积分单元的输出端；所述第一比例放大器的输入端连接所述第三积分单元的输出端。更进一步地，所述比例加法器包括第四运算放大器、第十电阻、第i^一电阻、第十三电阻、第十五电阻；所述第四运算放大器的反相输入端通过第十电阻连接至所述第一积分单元的输出端，所述第四运算放大器的反相输入端还通过第十一电阻连接至所述第二积分单元的输出端，所述第四运算放大器的正向输入端通过所述第十三电阻接地；所述第十五电阻连接在所述第四运算放大器的反相输入端与输出端之间。更进一步地，所述第一比例放大器包括第五运算放大器、第十二电阻、第十四电阻和第十六电阻；所述第五运算放大器的反相输入端通过所述第十二电阻连接至所述第三积分单元的输出端，所述第五运算放大器的正相输入端通过所述第十四电阻接地，所述第五运算放大器的输出端作为所述第一比例放大器的输出端；所述第十六电阻连接在所述第五运算放大器的反相输入端与输出端之间。更进一步地，所述除法器包括第六运算放大器、模拟乘法器、第十七电阻和第十八电阻；所述第六运算放大器的反相输入端通过第十七电阻连接至所述比例加法器的输出端，所述第六运算放大器的正相输入端接地，所述第六运算放大器的输出端连接至模拟乘法器的第二差分输入端；所述模拟乘法器的第一差分输入端连接至所述第一比例放大器的输出端，所述模拟乘法器的输出端通过第十八电阻连接至所述第六运算放大器的反相输入端。更进一步地，所述第二比例放大器包括第七运算放大器、第十九电阻、第二十电阻和第二十一电阻；所述第七运算放大器的反相输入端通过第十九电阻连接至所述除法器的输出端，所述第七运算放大器的正相输入端通过第二十电阻接地，所述第七运算放大器的输出端作为所述第二比例放大器的输出端；所述第二十一电阻连接在所述第七运算放大器 的反相输入端与输出端之间。本专利技术采用全硬件化模拟电路，对由Rogowski线圈测量的信号进行后续处理，包括前级信号的积分处理，后续对输出信号或反馈信号进行“加、减、乘、除、反相、比例”等合成运算。本专利技术所用电路工作在恒温条件下，且工作时间较短，通过控制电路来实现对电路工作情况的调节，模拟积分电路中，用失调补偿本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于Rogowski线圈测量的信号运算装置，其特征在于，包括依次连接的控制电路、积分电路以及运算电路；所述积分电路包括：第一积分单元，其输入端连接ROG信号，控制端连接至所述控制电路的输出端，所述第一积分单元的输出端连接至所述运算电路的输入端；第二积分单元，其输入端连接SAD信号，控制端连接至所述控制电路的输出端，所述第二积分单元的输出端连接至所述运算电路的输入端；以及第三积分单元，其输入端连接IP信号，控制端连接至所述控制电路的输出端，所述第三积分单元的输出端连接至所述运算电路的输入端；工作时，控制电路输出积分时间控制信号，所述第一积分单元对线圈测量ROG信号进行积分处理，所述第二积分单元对线圈测量SAD信号进行积分处理，所述第三积分单元对线圈测量IP信号进行积分处理，运算电路对积分处理后的信号进行合成运算处理。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：丁永华，陈真真，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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