[實用新型]一種基于電容傳感的二維復合擺地傾斜低頻隔振裝置

有效

• 申請號: 201420261864.4
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN203838353U
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 武立華;黃玉;孫鐸
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01V7/02
• 分類號: G01V7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型具體涉及到一種基于電容傳感的二維復合擺地傾斜低頻隔振裝置。

背景技術

引力波的直接探測對甄別各種引力理論、檢驗廣義相對論、研究引力場量子化及宇宙起源與演化具有重要意義。激光干涉式引力波探測器是引力波探測的主流設備，引力波信號極其微弱，為了能在幾赫茲到幾千赫茲的寬頻帶范圍內探測到引力波，必須抑制各種噪聲對高靈敏度干涉儀的干擾。優化光路設計、提高檢測電路器件性能及低溫屏蔽等手段可極大減少光子散粒噪聲和熱噪聲等對探測器的影響，而低頻段的地脈動噪聲必須采用隔振系統加以有效抑制。引力波探測中的水平和垂直方向上隔振系統都取得了豐富研究的成果。各種擺系在10Hz以上提供很好的水平隔振效果，而折疊擺、X擺和錐擺等構思巧妙、結構新穎的新型水平隔振系統實現了幾十秒的共振周期。隔振系統的隔振效果很大程度上取決于隔振裝置的固有頻率，固有頻率越低，Q值越高，隔振頻帶越寬，隔振效果越好。但擺系共振頻率越低，其Q值也越低。在垂向隔振方面，西澳大學的AIGO小組采用彎曲懸臂彈簧作為垂直方向隔振元件，制作了四級彎曲懸臂彈簧垂直被動隔振系統[Abramovici?A.，Abbott?R.，Adhikari?R.,et?al.LIGO:the?laser?interferometer?gravitation-wave?observatory，Rep.Prog.Phys.，Volume72,July2009,Pages076901-25]，華中科技大學對這種模型進行了改進，制作了帶有附加質量的扭桿彈簧隔振系統，在10Hz處隔振系統的檢驗質量對地脈動噪聲的響應達到在6Hz處隔振系統的隔振率為-60dB[趙鵬飛，羅俊，周澤兵等.超低頻被動垂直隔振系統研究，中國科學A，Volume42,Issue3,1999，Pages283-288]。近年來，AIGO小組設計了包含二級水平預隔振和一級垂直預隔振的先進檢驗質量隔振與懸掛系統，共振頻率為0.1Hz，實驗表明3Hz處的檢質量殘余運動抑制到1nm以下，72m長激光干涉儀的精細度達到700[Barriga?P.，Dumas?J.C.，Wolley?A.A.，et?al.Compact?vibration?isolation?and?suspension?for?Australian?International?Gravitational?Observatory:Performance?in?a72m?Fabry?Perot?Cavity，Rev.Sci.Instrum.，Volume80,Issue11,2009，Pages114501-12]。與地面水平或垂直振動不同，微幅地傾斜精密隔振難以采用被動式，一則被動隔振很難隔離低頻振動，二則阻尼降低隔振效率。主動隔振特別適用于低頻隔振和高精度隔振，主動式傾斜隔振根據檢測到低頻地面（支撐框架）傾斜振動信號，應用一定的控制策略驅動作動器對控制對象施加作用，抑制或消除振動。AIGO小組制作了一種基于光束來回反射行走角度傳感器（WOS）和一維的傾斜擺傾斜儀，給出了初步實驗結果[Cheng?Y.,Winterflood?J.,Ju?L.,et?al.Tilt?sensor?and?servo?control?system?for?gravitational?wave?detection,Classical?and?Quantum?Gravity,Volume19,Issue7,January2002,Pages1723-1729],隨后該小組進一步研制了基于WOS的傾斜隔振系統，測量在2～10Hz范圍內的兩個正交方向上的地面傾斜振動譜,然而角度傳感器中激光光源的角漂移直接影響角度測量的靈敏度；高性能的激光器體積較大，不易小型化；也沒有充分考慮伺服控制環節中壓電陶瓷的遲滯及溫度特性。

地傾斜振動噪聲的抑制對激光干涉式引力波探測至關重要，但高精度地傾斜低頻隔振裝置還為數不多。本發明采用電容傳感與壓電陶瓷驅動控制方案構建一種二維復合擺地傾斜低頻隔振裝置，通過電容位移檢測系統測量地傾斜振動引起的復合擺相對框架的角度偏轉，A/D模塊將電容傳感器輸出的模擬信號轉換成數字信號送給現場可編輯邏輯門陣列FPGA（FPGA：Field?Programmable?Gate?Array），經數字信號處理后由D/A模塊轉換成控制電壓，送給壓電陶瓷的驅動電路引起壓電陶瓷伸縮，調節框架的傾斜，消除地傾斜振動對支撐框架的影響。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種消除地傾斜振動對引力波探測的干擾，用于激光干涉儀式引力波探測器的地傾斜隔振和地傾斜振動噪聲譜的測量裝置。