[發明專利]光纖光柵與介電彈性體結合的近零磁空間的主動隔振裝置

有效

• 申請號: 202110235606.3
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN112942614B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 王雷;潘東華;李立毅
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E04H9/02
• 代理公司: 北京盛凡佳華專利代理事務所(普通合伙) 11947
• 代理人: 王翠

一種光纖光柵與介電彈性體結合的近零磁空間的主動隔振裝置；主要包括以下幾部分，磁屏蔽室，由多層屏蔽墻面組成，屏蔽外界磁信號；形變測量系統，光纖光柵接測量最內側屏蔽墻形變量，超導量子干涉儀通過磁噪聲反演得出屏蔽墻形變量；微位移驅動控制與執行系統，主要由控制器和介電彈性體驅動器，介電彈性體致動器組成。本發明近零磁空間中磁噪聲抑制的介電彈性體主動隔微振裝置直接作用于坡莫合金材料制成的磁屏蔽墻最內側，既能減小磁屏蔽室隨大地一起做低頻振動產生的磁噪聲，又能較小由于環境中的聲音、空氣對流等因素直接作用于屏蔽墻面引起的振動帶來的磁噪聲，在原有隔振基礎上達到更好的隔振效果。

技術領域

本發明屬于微振隔絕技術領域，主要涉及一種光纖光柵與介電彈性體結合的近零磁空間的主動隔振裝置。

背景技術

磁場是一種沒法看見也沒法摸到的特殊作用力場，磁場能夠承載信息也能夠傳遞能量；同時，生物體內也存在著不同的生物磁場，生物磁場可以用來研究生命活動中的不同信息，不僅如此外界施加的電磁場也可以用來對生物施加影響，干預生化反應進行速率，也有研究表明磁場可以調節遺傳進程；所有物質皆由質子、中子、電子、原子、分子等基本粒子組成，而這些基本粒子因本身存在的自旋等性質就帶有一定磁性，故而有基本粒子組成的細胞、組織、器官均帶有一定程度的磁特性。但是生物組織的磁場都非常微弱，如心磁在皮膚表面最大磁場強度約幾十皮特斯拉（即10^-12T），遠小于地磁場強度（地磁場強度一般認為是50μT）；因此，生物磁信號等相對地磁及環境磁場而言更弱的磁場，需要在近零磁環境下才能被提取到；零磁環境通常由多層磁屏蔽室提供；主要由高導磁材料坡莫合金和退磁線圈實現對磁場的屏蔽；

由于坡莫合金材料價格昂貴，故而由坡莫合金材料構筑的墻面相對于屏蔽室內部空間的大小而言非常薄，磁屏蔽室所處的外界環境如果產生振動會導致坡莫合金墻面產生輕微的形變；這些變形會影響屏蔽室的屏蔽效果，導致其內部磁場波動，大小趨近于1.5pT/mm，這種干擾與生物磁場的大小相近；對于弱磁場的測量而言，這是無法忽略的影響；因此有必要對屏蔽室采取一些隔振措施，減小因振動帶來的磁場擾動對測量造成的影響。

引起坡莫合金墻壁形變的環境振動主要包括：城市環境中各種噪音帶來的振動、屏蔽室地基的低頻振動、周圍環境變化引起的振動等；為了這些屏蔽引起的磁屏蔽室內磁噪聲，需要對磁屏蔽室進行隔振處理；德國PTB相關研究人員Jens Voigt，Silvia Knappe-Grüneberg等指出，盡管對大地的微弱振動采取了一定的隔振措施，但仍然無法避免一些微米級范圍內的殘余振動，這些殘余振動在一些為弱磁場測量和標定實驗中仍然會產生很強的磁噪聲。

日本學者K.Yamazaki，T.Abe等在研究中指出，當人在磁屏蔽室附近走動踏步時，產生的機械能會對坡莫合金墻面產生輕微的振動，墻體振動形變會引發屏蔽室內部磁噪聲，磁屏蔽室外人走路時產生的機械振動和屏蔽室內部的磁噪聲大小有較強的正相關性，同時，利用超導量子干涉儀（SQUID）通過測量主動微振動隔離系統（ACMI）打開或關閉工作狀態下的磁噪聲。

針對目前振動引起磁噪聲的兩個主要干擾源：地基的微弱低頻機械振動和環境聲壓帶來的振動，前者可以通過增加或者改進隔振平臺來降低磁噪聲；但對于聲壓引起的振動，無法通過地基隔振設施來降低磁噪聲；只能通過阻止或減小環境噪聲在傳播過程中聲壓引起的磁屏蔽室墻面的振動，進而達到抑制磁噪聲的效果。

發明內容

本發明針對引起零磁室墻壁坡莫合金材料形變的微振動隔絕技術，設計了一種基于介電彈性體的主動隔微振裝置，以減小微弱磁測量過程中外界環境帶來的干擾，該裝置具體實現過程如下所述：