Введение

Компонент, выдающий интеграл своего входного сигнала во времени, бизнес-функция.

Интегратор в приложениях измерений и управления – это элемент, выходной сигнал которого представляет собой временной интеграл его входного сигнала. Он накапливает входную величину в течение определенного времени для формирования репрезентативного выходного значения. Интегрирование является важной частью многих инженерных и научных приложений. Механические интеграторы – самый старый тип, который до сих пор используется для измерения расхода воды или электрической энергии. Электронные аналоговые интеграторы лежат в основе аналоговых компьютеров и усилителей заряда. Интегрирование также может выполняться алгоритмами в цифровых компьютерах.

В схемах обработки сигналов

Электронный интегратор – это разновидность фильтра нижних частот первого порядка, который может быть реализован в непрерывной (аналоговой) области времени или аппроксимирован (смоделирован) в дискретной (цифровой) области времени. Интегратор обладает эффектом фильтрации нижних частот, но при наличии смещения он будет накапливать значение, увеличивая его до достижения предела системы или переполнения. Интегратор тока – это электронное устройство, выполняющее временную интеграцию электрического тока, тем самым измеряя общий электрический заряд. Связь между током и напряжением конденсатора делает его очень простым интегратором тока: более сложные схемы интеграторов тока основаны на этой связи, например, усилитель заряда. Интегратор тока также используется для измерения электрического заряда в чашке Фарадея в остаточном газовом анализаторе для измерения парциального давления газов в вакууме. Другое применение интеграции тока – в ионно-лучевом осаждении, где измеренный заряд напрямую соответствует количеству ионов, осажденных на подложку, при условии известной степени заряда ионов. Два проводника тока должны быть подключены к источнику ионов и подложке, замыкая электрическую цепь, частью которой является ионный пучок. Интегратор напряжения – это электронное устройство, выполняющее временную интеграцию электрического напряжения, тем самым измеряя общий произведение вольт-секунд. Простая RC-цепь действует как интегратор на высоких частотах, превышающих частоту среза.

Недостатки идеального интегратора операционных усилителей

Для входного сигнала постоянного тока (f = 0) емкостное сопротивление X бесконечно. Вследствие этого, операционный усилитель фактически переходит в режим разомкнутого контура, который характеризуется бесконечным коэффициентом усиления в разомкнутом контуре (для идеального операционного усилителя, или просто очень большим для реальных операционных усилителей). Следовательно, любые малые напряжения смещения на входе также усиливаются и проявляются на выходе в виде значительной ошибки. Это явление называется ложным срабатыванием и его необходимо избегать. Таким образом, идеальную схему интегратора необходимо модифицировать дополнительными компонентами для снижения влияния напряжения ошибки в практических применениях. Такая модифицированная схема интегратора называется практическим интегратором.

Приложения

Интегрирующие схемы наиболее часто используются в аналого-цифровых преобразователях, генераторах пилообразных сигналов, а также в схемах формирования волновых сигналов. Интегрирующие усилители на операционных усилителях применяются для выполнения математических операций в аналоговых вычислительных машинах. В промышленной приборотехнике тотализатор интегрирует сигнал, представляющий расход воды, выдавая сигнал, соответствующий общему объему прошедшей воды.

В программном обеспечении

Интеграторы также могут являться программными компонентами. В некоторых вычислительных симуляциях в области физики, таких как численное прогнозирование погоды, молекулярная динамика, авиасимуляторы, моделирование пластовых систем, проектирование звукозащитных экранов, архитектурная акустика и моделирование электронных схем, интегратор представляет собой численный метод для интегрирования траекторий, основанный на силах (и, как следствие, ускорениях), которые вычисляются только в дискретные моменты времени.

Механические интеграторы

Механические интеграторы были ключевыми элементами механического дифференциального анализатора, используемого для решения практических физических задач. Механизмы механической интеграции также применялись в системах управления, например, для регулирования расхода или температуры в промышленных процессах. Механизмы, такие как интегратор на шарах и дисках, использовались как для вычислений в дифференциальных анализаторах, так и в качестве компонентов приборов, таких как системы управления стрельбой морской артиллерии, суммирующие устройства расхода и другие. Планиметр – это механическое устройство, предназначенное для вычисления определенного интеграла кривой, заданной в графической форме, или, в более общем случае, для определения площади замкнутой кривой. Интеграф используется для построения графика неопределенного интеграла функции, заданной в графической форме.