Кіріспе
Өзінің кірісінің уақыт бойынша интегралын шығаратын компонент – бизнес-функция. Өлшем және басқару салаларында интегратор – кіріс сигналының уақыт бойынша интегралына тең шығыс сигналын беретін элемент. Ол кіріс шамасын белгілі бір уақыт аралығында жинақтап, нақты шығыс мәнін қамтамасыз етеді. Интеграция – көптеген инженерлік және ғылыми қолданулардың маңызды бөлігі. Механикалық интеграторлар ең ерте пайда болған түрі және су ағынын немесе электр қуатын өлшеу үшін бүгінге дейін қолданылады. Электрондық аналогты интеграторлар аналогтық компьютерлер мен заряд күшейткіштерінің негізін құрайды. Интеграция цифрлық компьютерлердегі алгоритмдер арқылы да жүзеге асырылуы мүмкін.
the business function
An integrator in measurement and control applications is an element whose output signal is the time integral of its input signal. It accumulates the input quantity over a defined time to produce a representative output. Integration is an important part of many engineering and scientific applications. Mechanical integrators are the oldest type and are still used for metering water flow or electrical power. Electronic analogue integrators are the basis of analog computers and charge amplifiers. Integration can also be performed by algorithms in digital computers.
Сигнал өңдеу схемаларында
Электрондық интегратор – бірінші реттік төмен өткізгіш сүзгінің бір түрі, оны үздіксіз уақыт (аналогтық) доменінде немесе дискретті уақыт (цифрлық) доменінде жуықтап (модельдеу арқылы) орындауға болады. Интегратор төмен өткізгіш сүзгі ретінде әрекет етеді, бірақ оған бастапқы мән берілген кезде жүйенің шегіне жеткенше немесе асып кеткенше оның мәнін жинақтайды. Ток интеграторы – электр тогының уақыт бойынша интегралдауын орындайтын, соның арқасында жалпы электр зарядын өлшейтін электрондық құрылғы. Конденсатордың ток-кернеу арақатынасы оны өте қарапайым ток интеграторына айналдырады: одан да күрделі ток интеграторы схемалары осы арақатынасқа негізделген, мысалы, заряд күшейткіші. Ток интеграторы вакуумдегі газдардың жартылай қысымын өлшеу үшін қалдық газ анализаторындағы Фарадей тостағанындағы электр зарядын өлшеуге де қолданылады. Ток интеграциясының тағы бір қолданылуы – иондық сәулемен қаптау, онда өлшенген заряд иондардың зарядтық күйі белгілі болған жағдайда, субстратқа жатқан иондардың санына тікелей пропорционал. Екі ток өткізгіш электр сымы ион көзіне және субстратқа қосылуы керек, бұл иондық сәуле арқылы берілген электр тізбегін жабады. Кернеу интеграторы – электр кернеуінің уақыт бойынша интегралдауын орындайтын, соның арқасында жалпы вольт-секунд көбейтіндісін өлшейтін электрондық құрылғы. Қарапайым резистор-конденсатор тізбегі өзінің кесу жиілігінен жоғары жиіліктерде интегратор ретінде әрекет етеді.
More sophisticated current integrator circuits build on this relation, such as the charge amplifier. A current integrator is also used to measure the electric charge on a Faraday cup in a residual gas analyzer to measure partial pressures of gasses in a vacuum. Another application of current integration is in ion beam deposition, where the measured charge directly corresponds to the number of ions deposited on a substrate, assuming the charge state of the ions is known. The two current carrying electrical leads must to be connected to the ion source and the substrate, closing the electric circuit which in part is given by the ion beam. A voltage integrator is an electronic device performing a time integration of an electric voltage, thus measuring the total volt second product. A simple resistor–capacitor circuit acts as an integrator at high frequencies above its cutoff frequency.
Идеалдық опциялық күшейткіш интеграторының кемшіліктері
DC кірісі үшін (f = 0), сыйымдық реактанс X шексіз болады. Осы себепті, операциялық күшейткіш тиімді түрде ашық циклды конфигурацияда жұмыс істейді, оның шексіз ашық циклды күшейту коэффициенті бар (идеалдық операциялық күшейткіш үшін немесе нақты операциялық күшейткіштер үшін жай ғана өте үлкен). Сондықтан, кез келген кішкентай кіріс офсеттік кернеулер де күшейтіліп, шығыста үлкен қате ретінде көрінеді. Бұл жалған оқиғаны тудыру деп аталады және одан сақтану керек. Осылайша, идеалдық интеграторды практикада қате кернеудің әсерін азайту үшін қосымша компоненттермен модификациялау қажет. Бұл модификацияланған интегратор практикалық интегратор деп аталады.
Қолданбалар
Интегралдық схемалар ең көп қолданылатыны аналогты-цифрлық түрлендіргіштерде, рампа генераторларында, сондай-ақ толқынды қалыптастыру қолданбаларында. Операциялық күшейткіштердің интеграциялық күшейткіштері аналогтық компьютерлерде математикалық операцияларды орындау үшін қолданылады. Өнеркәсіптік өлшеу құралдарындағы тотализатор су ағынын көрсететін сигналды интегралдайды, нәтижесінде ағын өлшегіштен өткен судың жалпы көлемін көрсететін сигналды шығарады.
Бағдарламалық жасақтауда
Интеграторлар бағдарламалық құрамдас бөліктері де болуы мүмкін. Есептеу физикасының кейбір компьютерлік модельдеулерінде, мысалы, сандық ауа райы болжамы, молекулалық динамика, ұшу симуляторлары, қойманы модельдеу, шу тосқауылдарын жобалау, сәулеттік акустика және электрондық тізбектерді модельдеу сияқты жағдайларда, интегратор – күштерден (және осы арқылы үдеулерден) дискретті уақыт қадамдарында ғана есептелетін траекторияларды интеграциялауға арналған сандық әдіс.
Механикалық интеграторлар
Механикалық интеграторлар практикалық физикалық мәселелерді шешуге арналған механикалық дифференциалдық анализатордың маңызды элементтері болды. Механикалық интеграция механизмдері өндірістік процестерде ағынды немесе температураны реттеу сияқты басқару жүйелерінде де қолданылды. Доп пен дискі интеграторы сияқты механизмдер дифференциалдық анализаторларда есептеулер үшін де, теңіздік қарулардың бағыттағыштары, ағын жинағыштары және басқа да құрылғылардың бөліктері ретінде де пайдаланылды. Планиметр – графикалық түрде берілген қисықтың белгілі интегралын есептеуге немесе жалпы алғанда жабық қисықтың ауданын табуға арналған механикалық құрылғы. Интеграф – графикалық түрде берілген функцияның белгісіз интегралын сызу үшін қолданылады.