一种基于比例电磁铁的隔振机构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于比例电磁铁的隔振机构，包括载荷杆、第一平衡机构、比例电磁铁、第二平衡机构、微位移传感器、第一导线、PID运算控制器和第二导线；载荷杆与比例电磁铁的纵中轴线重合，第一平衡机构和第二平衡机构提供能够限制载荷杆位于比例电磁铁的纵中轴线上的水平张力；微位移传感器的输出端通过第一导线与PID运算控制器连接；PID运算控制器的输出端通过第二导线与比例电磁铁连接；PID运算控制器对纵向相对位移进行PID运算后，输出闭环控制信号；比例电磁铁在闭环控制信号的作用下工作在线性工作区，输出与位移无关的力，并作用在载荷杆上使得载荷杆处于悬浮状态，实现低频的隔振。本实用新型专利技术能够满足高精度绝对重力测量的隔振需求。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于隔振
，更具体地，涉及一种基于比例电磁铁的隔振机构。
技术介绍
物体由于地球的吸引而受到的力叫重力。重力的施力物体是地球。重力的方向总是竖直向下。物体所受重力的大小与重力加速度g成正比。绝对重力仪是一种重力加速度g的仪器。隔振机构是绝对重力仪的关键部件之一。美国Micro-g LaCoste公司生产的FG5绝对重力仪是目前精度最好的商品化生产的绝对重力之一，质量块有效测量下落距离约0.25m，测量结果总的不确定度可优于±5.0X_8ms_2。单次下落测量的离散度在±50X10_8ms_2。(邢乐林等，FG5绝对重力仪观测比对，测绘信息与工程，2008 ；33 (I)) ο美国Micro-g LaCoste公司生产的绝对重力仪所配备的“超级弹簧”(Superspringlong per1d (30_60s) active isolat1n device)，它利用激光检测被隔振对象的相对运动，通过磁反馈补偿该运动，保持被隔振对象的相对静止，达到了高精度绝对重力测量的效果。Micro-g LaCoste公司的超级弹簧的机械结构和系统都非常复杂，需要精密的设计与加工，成本很高。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本技术提供了一种基于比例电磁铁的绝对重力仪隔振机构，能够满足高精度绝对重力测量的隔振需求。本技术提供了一种基于比例电磁铁的隔振机构，包括载荷杆、第一平衡机构、比例电磁铁、第二平衡机构、微位移传感器、第一导线、PID运算控制器和第二导线；所述载荷杆与所述比例电磁铁的纵中轴线重合，所述载荷杆的长度大于所述比例电磁铁的长度，所述载荷杆的一端用于承载待隔振系统；所述第一平衡机构与所述载荷杆的一端固定连接，所述第二平衡机构与所述载荷杆的另一端固定连接，所述第一平衡机构和所述第二平衡机构用于提供能够限制所述载荷杆位于所述比例电磁铁的纵中轴线上的水平张力；所述微位移传感器的输入端连接至所述载荷杆的另一端，所述微位移传感器用于测量所述载荷杆与所述比例电磁铁外壳的纵向相对位移；所述PID运算控制器的输入端通过第一导线连接至所述微位移传感器的输出端，所述PID运算控制器的输出端通过第二导线与所述比例电磁铁连接；所述PID运算控制器用于对所述纵向相对位移进行PID运算后，输出闭环控制信号；所述比例电磁铁在所述闭环控制信号的作用下工作在线性工作区，输出与位移无关的力，并作用在所述载荷杆上使得所述载荷杆处于悬浮状态，实现低频的隔振。更进一步地，载荷杆为中空管结构；可以降低比例电磁铁的载荷，磁对铝材无吸引小，干扰力小。更进一步地，所述第一平衡机构和所述第二平衡机构结构相同，均包括多组由轻质弹簧及弹簧张力调节器构成的平衡单元，多组平衡单元呈中心辐射对称均匀分布在同一高度，所述轻质弹簧的一端与所述载荷杆连接，所述轻质弹簧的另一端与所述弹簧张力调节器连接，所述弹簧张力调节器固定在所述比例电磁铁上。该分布方式具有使得载荷杆水平合力容易平衡、纵向力耦合小的优点。更进一步地，所述比例电磁铁包括极靴、第一导磁环、隔磁环、第二导磁环、壳体、第二限位环、衔铁、励磁线圈、行程间隙和第一限位环；所述极靴与所述壳体固定连接；所述第一导磁环上端面与所述极靴固定连接，所述第一导磁环下端面与所述隔磁环上端面固定连接，且连接部位成第一斜角；所述隔磁环下端面与所述第二导磁环上端面固定连接，所述第二导磁环下端面与所述壳体固定连接；所述第一导磁环、所述隔磁环和所述第二导磁环组成一圆筒，圆筒纵中轴线与比例电磁铁纵中轴线重合，圆筒外壁的一部分与励磁线圈内圈紧密接触，圆筒外壁的多余部分与壳体相接触，圆筒内径大于衔铁外径，圆筒内设有衔铁，衔铁位于比例电磁铁的纵中轴线上，励磁线圈外壁与壳体内侧接触，励磁线圈下端面与壳体接触，励磁线圈上端口与极靴接触；所述极靴、所述第一导磁环、所述第二导磁环和所述壳体构成磁回路，所述衔铁上端面有所述第一限位环，所述第一限位环与所述极靴固定连接，所述衔铁下端面有所述第二限位环，所述第二限位环与所述壳体固定连接，所述第二限位环上端面与所述第一限位环的下端面间的空隙为行程间隙。更进一步地，所述第一导磁环下端面与所述隔磁环上端面固定连接形成的所述第一斜角为15°?50°。更进一步地，由所述第一导磁环、所述隔磁环和所述第二导磁环组成的所述圆筒内径与所述衔铁外径之差为0.1mm?1mm。更进一步地，行程间隙的范围介于0.1mm?1mm。更进一步地，所述第一限位环和所述第二限位环均由非磁材料制成，所述衔铁由磁材料制成，所述第一限位环和所述第二限位环将所述衔铁限定在所述电磁铁的线性工作区内。更进一步地，所述衔铁为中空结构。更进一步地，所述隔振机构还包括与所述比例电磁铁外壳下端相连的脚钉，所述脚钉用于支撑整个隔振机构，通过调节所述脚钉使得所述比例电磁铁竖直。本技术与现有技术相比，具有以下优点和突出性的效果:(I)零刚度系统为非自稳系统，需要适当的闭环控制使得系统稳定工作，本技术提供载荷悬浮的力为电磁力，方便调节。(2)能在±0.5_范围内实现悬浮力与载荷位置基本无关，实现了地面振动与载荷耦合度很小，等效在±0.5mm振动范围内实现了准刚度，与传统弹簧隔振装置相比，对低频振动隔离效果更好。【附图说明】图1是本技术提供的隔振机构结构原理纵剖面示意图，图2是本技术提供的比例电磁铁纵剖面示意图；在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中:I为载荷杆、2为第一平衡机构、3为比例电磁铁、4为第二平衡机构、5为脚钉、6为微位移传感器、7为第一导线、8为PID运算控制器、9为第二导线、3-1为极靴、3-2为第一导磁环、3-3为隔磁环、3-4为第二导磁环、3-5为壳体、3-6为第二限位环、3_7为衔铁、3_8为励磁线圈、3-9为行程间隙、3-10为第一限位环。【具体实施方式】为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。本技术提供的一种基于比例电磁铁的隔振机构，可以应用于绝对重力仪中。绝对重力仪中隔振机构的待隔振对象通常为反射型光学器件，例如角锥棱镜，可将角锥棱镜安装在载荷杆I顶端。本技术提供的隔振机构在航空航天、光学、机械加工、医疗及制造业等领域也有广泛的应用。图1示出了本技术提供的一种基于比例电磁铁的隔振机构的结构原理纵剖面示意图，图2示出了本技术提供的一种基于比例电磁铁的隔振机构的部件之一比例电磁铁的剖面示意图，仅仅示出了与本技术相关的部分，详述如下:一种基于比例电磁铁的隔振机构包括载荷杆1、第一平衡机构2、比例电磁铁3、第二平衡机当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于比例电磁铁的隔振机构，其特征在于，包括载荷杆(1)、第一平衡机构(2)、比例电磁铁(3)、第二平衡机构(4)、微位移传感器(6)、第一导线(7)、PID运算控制器(8)和第二导线(9)；所述载荷杆(1)与所述比例电磁铁(3)的纵中轴线重合，所述载荷杆(1)的长度大于所述比例电磁铁(3)的长度，所述载荷杆(1)的一端用于承载待隔振系统；所述第一平衡机构(2)与所述载荷杆(1)的一端固定连接，所述第二平衡机构(4)与所述载荷杆(1)的另一端固定连接，所述第一平衡机构(2)和所述第二平衡机构(4)用于提供能够限制所述载荷杆(1)位于所述比例电磁铁(3)的纵中轴线上的水平张力；所述微位移传感器(6)的输入端连接至所述载荷杆(1)的另一端，所述微位移传感器(6)用于测量所述载荷杆(1)与所述比例电磁铁(3)外壳的纵向相对位移；所述PID运算控制器(8)的输入端通过所述第一导线(7)连接至所述微位移传感器(6)的输出端，所述PID运算控制器(8)的输出端通过所述第二导线(9)与所述比例电磁铁(3)连接；所述PID运算控制器(8)用于对所述纵向相对位移进行PID运算后，输出闭环控制信号；所述比例电磁铁(3)在所述闭环控制信号的作用下工作在线性工作区，输出与位移无关的力，并作用在所述载荷杆(1)上使得所述载荷杆(1)处于悬浮状态，实现低频的隔振。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛怀平，田蔚，郝晓光，钟敏，
申请(专利权)人：中国科学院测量与地球物理研究所，
类型：新型
国别省市：湖北;42