[发明专利]主动式垂直隔振系统

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

根据本发明的一个方面，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。