[發明專利]光纖光柵與壓電陶瓷結合的磁噪聲抑制主動隔振裝置

有效

• 申請號: 202110236407.4
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113008155B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 李君忠;王雷;張浩澤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01B7/24
• 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

本發明公開了光纖光柵與壓電陶瓷結合的磁噪聲抑制主動隔振裝置，主要包括以下幾部分，包括：大型隔振裝置由柱墩、氣浮隔振器、混泥土質量塊共同構成；零磁室，構成一個近零磁環境；形變測量系統，主要由應變片和弱磁信號探測裝置——超導量子干涉儀共同組成；微位移驅動控制與執行系統，主要由控制器和壓電陶瓷驅動器，壓電陶瓷致動器組成。本發明則直接針對外界環境引起的磁屏蔽室墻面產生的振動進行隔振。近零磁空間中磁噪聲抑制的壓電陶瓷主動隔微振裝置直接作用于振動物體，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。

技術領域

本發明屬于隔微振技術領域，主要涉及一種光纖光柵與壓電陶瓷結合的磁噪聲抑制主動隔振裝置。

背景技術

磁場作為物質存在的重要方式之一，是信息和能量傳遞的一種重要方式；生物磁是指生物所表現出的磁現象；可以通過研究生物磁進而研究生命的信息，同時也可以進一步研究外界電磁場對生命的影響、調理和干預；組成生命體的原子、分子、細胞、組織、器官等物質都會表現出強度不同的電磁能量信息，但是都非常微弱；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)；因此生物磁信號需要在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；磁屏蔽室內部是一個房間大小的空間，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；坡莫合金材料相較于磁屏蔽室內部空間而言非常薄，外界環境極易引起磁屏蔽室墻面材料變形或者產生微弱的振動；這些變形和振動等干擾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；對于生物磁的測量而言，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。

對于磁屏蔽室而言，環境振動干擾源主要有：城市環境噪音的聲波帶來的振動、大地的低頻振動、周圍環境變化引起的振動等；為了避免由于機械振動引起的大振幅干擾，需要對磁屏蔽室做一些隔振處理：通過一種大型隔振裝置將磁屏蔽室與大地隔離，以減小大地的低頻振動對磁屏蔽效果的影響；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。

日本相關研究人員K.Yamazaki，T.Abe，Y.Terazono等在研究磁屏蔽室外人作用于木地板發出的腳步聲引起的磁噪聲時指出，磁噪聲與人走在木地板上發出的聲音的聲壓帶來的振動以及木地板自身產生的機械振動有關；他們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，將上述腳步聲引起的磁噪聲來源分為兩類：一類是由磁屏蔽室的混泥土地基傳遞的機械振動(頻率為10～25Hz)；另一類是直接由聲壓帶來的微振動(頻率為25～50Hz)。

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

本發明針對在腦磁、心磁等生物磁測量過程中由于微振動引起的近零磁環境中磁噪聲，設計了一種基于壓電陶瓷的主動隔微振裝置，以減小生物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：