[發(fā)明專利]一種一級(jí)主動(dòng)式超低頻垂直隔振系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211452707.7
• 申請(qǐng)日: 2022-11-21
• 公開（公告）號(hào): CN115685362A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 要佳敏;莊偉;田秦;吳書清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01V7/00
• 分類號(hào): G01V7/00
• 代理公司: 成都宏田知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51337
• 代理人: 鐘隆輝

本發(fā)明公開了一種一級(jí)主動(dòng)式超低頻垂直隔振系統(tǒng)，包括被動(dòng)式隔振平臺(tái)、負(fù)載、振動(dòng)傳感器、驅(qū)動(dòng)器、控制電路，被動(dòng)式隔振平臺(tái)內(nèi)設(shè)有水平限位機(jī)構(gòu)，水平限位機(jī)構(gòu)為任意能夠限制物體的三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和在水平面內(nèi)平移的兩個(gè)自由度的機(jī)構(gòu)，保證其僅具有垂直方向平移的單自由度。本發(fā)明系統(tǒng)具有復(fù)雜度較低、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)水平限位的方案更為簡(jiǎn)單，且有助于提升主動(dòng)隔振系統(tǒng)的穩(wěn)定性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明無(wú)需更多成本，效率無(wú)明顯降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于絕對(duì)重力測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種一級(jí)主動(dòng)式超低頻垂直隔振系統(tǒng)。

背景技術(shù)

絕對(duì)重力測(cè)量，即對(duì)重力加速度絕對(duì)值的精確測(cè)量，在計(jì)量學(xué)、地球物理、資源勘探、輔助導(dǎo)航、軍事、海洋監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域有著重要意義和廣泛應(yīng)用，同時(shí)也為相對(duì)重力測(cè)量提供參考基準(zhǔn)。測(cè)量絕對(duì)重力值的儀器稱為絕對(duì)重力儀。經(jīng)過(guò)兩百多年的發(fā)展，目前絕對(duì)重力儀普遍通過(guò)測(cè)量真空中的自由落體軌跡來(lái)間接求解重力加速度，其測(cè)量精度最高可達(dá)微伽(μGal，1μGal＝1×10^-8m·s^-2)量級(jí)。對(duì)下落軌跡的測(cè)量普遍采用激光干涉或原子干涉的測(cè)量方法，二者都需要使用穩(wěn)定的參考鏡。實(shí)際情況中，地面振動(dòng)噪聲會(huì)對(duì)參考鏡產(chǎn)生極大的影響，嚴(yán)重制約絕對(duì)重力儀的測(cè)量精度。目前常用的解決地面振動(dòng)噪聲的方法包括隔振系統(tǒng)和振動(dòng)補(bǔ)償方法這兩大類，二者在各種光學(xué)重力儀和原子重力儀中均有所應(yīng)用。隔振系統(tǒng)從物理上構(gòu)建一個(gè)針對(duì)振動(dòng)的低通濾波器，減少地面高頻振動(dòng)對(duì)參考鏡的影響。

超低頻垂直隔振系統(tǒng)可以從原理上分為被動(dòng)式(無(wú)源)和主動(dòng)式(有源)，其中主動(dòng)式又可以分為一級(jí)主動(dòng)式和二級(jí)主動(dòng)式。一級(jí)主動(dòng)式垂直隔振系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化為利用反饋控制實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期的一級(jí)彈簧-振子結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)使用加速度計(jì)測(cè)量被隔振物體的絕對(duì)加速度，反饋控制電路根據(jù)加速度信號(hào)控制直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)被隔振物體，使其加速度保持不變，從而消除地面振動(dòng)噪聲的影響。斯坦福大學(xué)研制的原子干涉式絕對(duì)重力儀采用的Hensley等人研制的垂直隔振系統(tǒng)。系統(tǒng)中的振子內(nèi)部安裝加速度計(jì)，由垂直彈簧支撐，在空氣軸承的限制下做嚴(yán)格的直線運(yùn)動(dòng)，其振動(dòng)受到直線電機(jī)施加的反饋力的抑制，周期達(dá)到30s。除加速度計(jì)外，地震計(jì)也可以作為測(cè)量被隔振物體運(yùn)動(dòng)的傳感器。湯彪等人基于Minus KTechnology公司的被動(dòng)隔振平臺(tái)研制出的一級(jí)主動(dòng)式垂直隔振系統(tǒng)即采用這種構(gòu)造，周期達(dá)到66s。周敏康等人基于類似結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了三軸主動(dòng)隔振系統(tǒng)，垂直方向上的周期可達(dá)100s。

雖然理想情況下絕對(duì)值重力儀中參考鏡的水平振動(dòng)與垂直振動(dòng)互不相關(guān)，但實(shí)際情況中任何機(jī)械結(jié)構(gòu)都無(wú)法徹底消除水平振動(dòng)與垂直振動(dòng)之間的交叉耦合?，F(xiàn)有的一級(jí)隔振技術(shù)中，構(gòu)建水平方向上的主動(dòng)反饋環(huán)節(jié)來(lái)抑制水平方向振動(dòng)的方案增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，增益選擇不當(dāng)會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種一級(jí)主動(dòng)式超低頻垂直隔振系統(tǒng)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有一級(jí)主動(dòng)式垂直隔振系統(tǒng)的水平限位結(jié)構(gòu)方案較為復(fù)雜，且抑制參考鏡水平振動(dòng)時(shí)可能造成隔振系統(tǒng)穩(wěn)定性下降的問(wèn)題。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

提供一種一級(jí)主動(dòng)式超低頻垂直隔振系統(tǒng)，包括被動(dòng)式隔振平臺(tái)、負(fù)載、振動(dòng)傳感器、驅(qū)動(dòng)器、控制電路，被動(dòng)式隔振平臺(tái)內(nèi)設(shè)有水平限位機(jī)構(gòu)，水平限位機(jī)構(gòu)為任意能夠限制物體的三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和在水平面內(nèi)平移的兩個(gè)自由度的機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步地，被動(dòng)式隔振平臺(tái)包括基座、頂部平臺(tái)，頂部平臺(tái)水平設(shè)置在基座內(nèi)，基座與頂部平臺(tái)之間設(shè)有彈簧。

進(jìn)一步地，負(fù)載包括參考鏡、鏡架、配重。

進(jìn)一步地，水平限位機(jī)構(gòu)為限位桿，限位桿設(shè)有若干根，其中一部分呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱分布在上層水平面內(nèi)，另一部分呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱分布在下層水平面內(nèi)；每根限位桿的兩端分別與頂部平板和基座連接。

進(jìn)一步地，限位桿為鋼絲或采用形狀記憶合金制成的桿。