主动式垂直隔振系统技术方案

一种主动式垂直隔振系统，其包括第一级摆杆和其上设置有待隔振物体的第二级摆杆，该两个摆杆的一端通过弹簧悬挂连接，另一端分别固定到转动装置上，使得通过检测所述第一级摆杆和第二级摆杆之间的相对移动可以检测待隔振物体相对于第一级摆杆的位移，反馈控制装置通过检测到的位移控制第一级摆杆，使得所述位移为零或趋近于零。根据本发明专利技术的垂直隔振系统，能够在实现了摆杆限位的同时保证了摆杆的无摩擦灵活转动，从而无需特殊的限位机构，由此简化了系统结构，提高了系统隔振的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及绝对重力测量技术，特别的，涉及一种主动式垂直隔振系统，用于在绝对重力测量系统中实现待隔振物体的垂直隔振。
技术介绍
在精密物理实验和测量领域，地面微振动已成为测量的主要噪声来源。超低频垂直隔振技术能够大幅降低环境噪声对精密测量的影响，具有重要意义和广阔应用前景。超低频垂直隔振技术包括主动隔振和被动隔振两种，其中主动隔振技术相比被动隔振能实现更好的隔振性能。现有的一种“超级弹簧”主动式超低频垂直隔振系统是目前最为先进的超低频垂直隔振系统，其通过精密位移探测和主动控制使得直接悬挂被隔振物体的弹簧的等效长度增加，从而增大周期，降低本征频率。图1是现有技术中的超低频垂直隔振系统的结构示意图。如图1所示，一个支架通过弹簧(支撑弹簧)悬挂到外部框架上，被隔振物体通过弹簧(主弹簧)悬挂到支架上。被隔振物体的底部有一个玻璃球，在玻璃球两侧的中间框架上装有发光二极管和两个光电二极管及检测电路和反馈电路，在支架的顶部装有音圈电机的线圈部分，相应的磁铁部分安装在外部框架上。在支架和外部框架之间还装有柔性机构用以约束支架相对于外部框架仅能垂直运动和线性运动。柔性机构包括许多对柔性零件， 其有两组列成三角形的阵列。现有技术的主动式超低频垂直隔振系统采用复杂的柔性机构以约束支架，使得支架相对于外部框架仅能垂直运动和线性运动。在这种限位结构中，支架上部的圆盘与外部的同心圆环通过3根线和3根弹簧连接，线和弹簧与中心圆盘相切。但是，这种两级隔振的单自由度运动限制机构较为复杂，使得系统限位结构复杂，容易发生故障。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种主动式垂直隔振系统，其通过采用转动装置实现二级摆杆的限位和灵活转动，从而使得系统的结构简单可靠。根据本专利技术的一个方面，提供了一种主动式垂直隔振系统，该系统包括第一级摆杆，其一端固定到第一转动装置上，另一端通过第一级弹簧悬挂到外部框架上；第二级摆杆，其一端固定到第二转动装置上，另一端通过第二级弹簧悬挂到第一级摆杆上，所述第二级摆杆上设置有待隔振物体；位移检测装置，设置在所述第一级摆杆和第二级摆杆之间，其通过检测所述第一级摆杆和第二级摆杆之间的相对移动以输出反映待隔振物体相对于第一级摆杆的位移的位移信号；以及反馈控制装置，其接收所述位移信号并根据该位移信号控制第一级摆杆，使位移检测装置检测到的位移为零或趋近于零。其中，所述第一转动装置和第二转动装置是转轴或细丝，所述第一级摆杆和第二级摆杆可分别绕转轴或细丝转动。优选的，在所述第一级摆杆的弹簧悬挂点附近还设置有微调装置，用于调整以使所述第一级摆杆和第二级摆杆之间保持相互平行。其中，所述微调装置包括支座，其固定在第一级摆杆上；杆，其一端通过转轴连接到支座上，另一端通过弹簧连接到第一级摆杆上；调节螺丝，其设置在所述杆上，用于使杆绕转轴转动；所述第二级弹簧的上端点固定到所述杆上。其中，所述反馈控制装置包括驱动器，其设置在第一级摆杆上；反馈控制电路， 其输入端与位移检测装置的输出端相连，输出端与驱动器相连，并基于所述位移信号为所述驱动器提供电流，从而使驱动器产生驱动力以使第一级摆杆绕第一转动装置转动。可选的，所述位移检测装置通过检测来自第二级摆杆的反射光束的位移来检测所述第一级摆杆和第二级摆杆之间的相对移动。所述位移检测装置包括光源，设置在第一级摆杆上，其发出的光束与第一级摆杆平行；位置探测器，设置在第一级摆杆上；分光镜，设置在第一级摆杆上与位置探测器相对的位置，并与光源的光轴同轴；反射装置，设置在第二级摆杆上与位置探测器相对的位置；其中所述位置探测器探测所述反射装置反射的光束的位移而输出所述位移信号。可选的，所述位移检测装置通过检测分别来自第一级摆杆和第二级摆杆的反射光束之间的干涉条纹信号来检测所述第一级摆杆和第二级摆杆之间的相对移动。所述位移检测装置包括光源，设置在第一级摆杆上，其发出的光束与第一级摆杆平行；光电探测器， 设置在第一级摆杆上；分光镜，设置在第一级摆杆上与位置探测器相对的位置，并与光源的光轴同轴；第一反射装置，设置在第一级摆杆上与位置探测器相对的位置；第二反射装置， 设置在第二级摆杆上与位置探测器相对的位置；所述光电探测器探测所述第一反射装置和第二反射装置分别反射的光束之间的干涉条纹信号而输出所述位移信号。可选的，所述隔振系统还包括位移检测电路，其设置在位移检测装置和反馈控制装置之间，用于对所述位移检测装置输出的位移信号进行差分和放大处理。如上所述，根据本专利技术的主动式垂直隔振系统，采用了只能绕转轴转动的摆杆结构，从而无需特殊的限位机构。因此，相对于现有的垂直隔振系统来说，本专利技术简化了系统结构以及系统操作步骤。附图说明图1是现有技术中的超低频垂直隔振系统的结构示意图；图2显示了本专利技术的主动式垂直隔振系统的结构示意图；图3显示了本专利技术的主动式垂直隔振系统的原理示意图；图4显示了根据本专利技术另一实施例的垂直隔振系统；图5显示了根据本专利技术又一实施例的垂直隔振系统。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术的主动式垂直隔振系统的主要工作原理如下对于一根垂直悬挂物体的无限长的弹簧，靠近被悬挂物体的点的振幅与被悬挂物体的振幅相同，在振动时，靠近被悬挂物体的点与被悬挂物体的之间的距离保持不变。对于一根垂直悬挂物体的长度有限的弹簧，如果通过位移探测和反馈控制使得弹簧上端点和被悬挂物体之间的距离保持不变，则弹簧的有效长度就变成无限长，从而使弹簧-质量系统的周期变为无限长。<实施例1>图2显示了本专利技术的主动式垂直隔振系统的结构示意图。本专利技术的主动式垂直隔振系统主要包括隔振装置、位移检测装置和反馈控制装置。其中，隔振装置用于对待隔振物体进行隔振；位移检测装置用于测量待隔振物体在振动中的位移；反馈控制装置根据位移检测装置测量到的位移控制隔振装置，使位移检测装置测量到的位移为零或趋近于零。如图2所示，在隔振装置中，外部框架1包括密封设置的顶板101和侧板105，其为整个系统提供结构支撑和保护，并将外界的气流扰动与系统内部隔开。优选的，在外部框架 1的顶板101上还设置有通光窗口 102 (优选的为玻璃片)，用于为位移测量提供光学窗口。第一级摆杆201通过第一级弹簧203悬挂在外部框架1上。具体的，第一级摆杆 201的一端通过转轴202与外部框架上的转轴支架103连接，另一端通过第一级弹簧203 与外部框架的顶板101连接。第二级摆杆301通过第二级弹簧303悬挂在第一级摆杆201 上。具体的，第二级摆杆301的一端通过转轴302与外部框架上的转轴支架103连接，另一端通过第二级弹簧303与第一级摆杆201的另一端连接。第二级弹簧303两端的悬挂点分别位于第一级摆杆和第二级摆杆的水平中心线上。具体的，第二级弹簧303的上悬挂点位于第一级摆杆201的水平中心线上，下悬挂点位于第二级摆杆301的水平中心线上。第二级弹簧303的两个悬挂点与两个转动装置的中心点组成一个平行四边形的四个顶点。具体的，弹簧303的上下悬挂点和两个转轴202、302的中心点组成一个平行四边形的四个顶点。 当第一级摆杆201和第二级摆杆301保持平行时，第二级弹簧303的长度保持不变。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种主动式垂直隔振系统，该系统包括：第一级摆杆，其一端固定到第一转动装置上，另一端通过第一级弹簧悬挂到外部框架上；第二级摆杆，其一端固定到第二转动装置上，另一端通过第二级弹簧悬挂到第一级摆杆上，所述第二级摆杆上设置有待隔振物体；位移检测装置，设置在所述第一级摆杆和第二级摆杆之间，其通过检测所述第一级摆杆和第二级摆杆之间的相对移动以输出反映待隔振物体相对于第一级摆杆的位移的位移信号；以及反馈控制装置，其接收所述位移信号并根据该位移信号控制第一级摆杆，使位移检测装置检测到的位移为零或趋近于零。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王力军，胡华，伍康，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11