[发明专利]磁场跟踪补偿的双排永磁体向心励磁矩形低频振动校准台

说明书

技术领域

本发明属于振动计量技术领域，主要涉及一种磁场跟踪补偿的双排永磁体向心励磁矩形低频振动校准台。

背景技术

产生标准振动信号的振动校准台是实现高精度振动校准的核心设备，高精度振动校准台一般均采用电磁振动台形式。近年来，航空航天、建筑桥梁、防震减灾等领域均提出了低频/超低频振动校准的需求。为提高标准振动信号的信噪比，保证低频/超低频振动的校准精度，要求振动校准台在保证推力和精度的前提下，具有尽可能大的行程。在大行程振动校准台的设计过程中，存在着振幅、磁场均匀性、电磁驱动力大小、线性电磁驱动力特性、运动导向精度、加工与装配精度之间的矛盾，其中的关键和难点是如何通过合理的电磁设计与结构设计，并通过保证加工与装配精度，在长气隙内实现高均匀度的强磁感应强度分布，并使线圈通电后在全行程内输出的电磁驱动力大小与工作线圈中的电流成正比，而与工作线圈所处的位置无关，即获得理想的线性电磁驱动力特性。

浙江大学的何闻等提出了一种大行程振动校准台技术方案(1.浙江大学，“大行程电磁振动台的双磁路结构”，中国专利号：ZL200710069095.2；2.浙江大学，“一种电磁振动台”，中国专利号：ZL200820087256.0；3.浙江大学，“具有基于直线光栅尺反馈控制装置的振动台”，中国专利号：ZL201110115072.7；4.Wen He，et al.“Closed-Double-Magnetic Circuit for a Long-stroke Horizontal Electromagnetic Vibration Exciter”，IEEE Transactions on Magnetics，2011，49(8)：4865-4872)。该技术方案中，圆柱形磁体、中心磁极(磁轭)和筒状外磁极同轴线装配，两磁体的同磁极相对、安装在中心磁极两端，磁体中心设有通孔，采用非导磁螺栓进行固定，中心磁极同轴装配在筒状外磁极内部，筒状线圈套装在中心磁极上而位于气隙中，线圈与气浮套固定连接而通过气浮导轨进行导向，线圈通电后在磁场中受力并产生运动，产生标准振动信号。该技术方案采用双磁体互补，漏磁较小，磁体利用率高，能够实现较大的推力、较大的行程和较低的波形失真度指标，是国内公开报道的具有自主知识产权和较高实用化程度的振动校准台技术方案之一。

德国联邦物理技术研究院(PTB)的Hans-J.von Martens等也提出了一种大行程振动校准台技术方案(1.Hans-J.von Martens，et al，″Traceability of Vibration and Shock Measurements by Laser Interferometry″，Measurement，2000，28：3-20)。该技术方案采用圆柱形软磁芯、圆筒形永磁体和圆筒形软磁管，两永磁体的同磁极相对、安装在圆筒形软磁管的两端，软磁芯同轴装配在软磁管的内部，通过两端的软磁部件形成闭合磁路，线圈骨架和工作线圈均为圆筒形，线圈骨架套装在中心磁轭上，并与气浮运动部件固定连接，通过气浮导轨进行导向。采用该技术方案的大行程振动校准台的振幅较大，配合高性能永磁体和磁轭材料，可实现较高水平的横向振动比、波形失真度等技术指标。

上述两种技术方案存在的不足之处在于：1)圆筒形外磁轭需进行长内尺寸加工，加工困难，精度难以保证；2)采用圆柱形永磁体时，永磁体上需加工通孔并通过非导磁螺栓固定在磁轭上，装配复杂且会对磁路产生影响；采用圆筒形永磁体时，大尺寸圆筒形永磁体的烧结、加工、充磁和装配均较为困难；3)圆筒形外磁轭需套装在中心磁轭上，如永磁体采用先充磁后装配的方式，装配十分困难，装配精度难以保证；如采用AlNiCo材料的永磁体，可采用先装配后充磁的方式，但由于AlNiCo材料永磁体矫顽力较低，性能欠佳，严重制约力学性能与指标。