[发明专利]光纤光栅与介电弹性体结合的近零磁空间的主动隔振装置

说明书

一种光纤光栅与介电弹性体结合的近零磁空间的主动隔振装置；主要包括以下几部分，磁屏蔽室，由多层屏蔽墙面组成，屏蔽外界磁信号；形变测量系统，光纤光栅接测量最内侧屏蔽墙形变量，超导量子干涉仪通过磁噪声反演得出屏蔽墙形变量；微位移驱动控制与执行系统，主要由控制器和介电弹性体驱动器，介电弹性体致动器组成。本发明近零磁空间中磁噪声抑制的介电弹性体主动隔微振装置直接作用于坡莫合金材料制成的磁屏蔽墙最内侧，既能减小磁屏蔽室随大地一起做低频振动产生的磁噪声，又能较小由于环境中的声音、空气对流等因素直接作用于屏蔽墙面引起的振动带来的磁噪声，在原有隔振基础上达到更好的隔振效果。

技术领域

本发明属于微振隔绝技术领域，主要涉及一种光纤光栅与介电弹性体结合的近零磁空间的主动隔振装置。

背景技术

磁场是一种没法看见也没法摸到的特殊作用力场，磁场能够承载信息也能够传递能量；同时，生物体内也存在着不同的生物磁场，生物磁场可以用来研究生命活动中的不同信息，不仅如此外界施加的电磁场也可以用来对生物施加影响，干预生化反应进行速率，也有研究表明磁场可以调节遗传进程；所有物质皆由质子、中子、电子、原子、分子等基本粒子组成，而这些基本粒子因本身存在的自旋等性质就带有一定磁性，故而有基本粒子组成的细胞、组织、器官均带有一定程度的磁特性。但是生物组织的磁场都非常微弱，如心磁在皮肤表面最大磁场强度约几十皮特斯拉（即10^-12T），远小于地磁场强度（地磁场强度一般认为是50μT）；因此，生物磁信号等相对地磁及环境磁场而言更弱的磁场，需要在近零磁环境下才能被提取到；零磁环境通常由多层磁屏蔽室提供；主要由高导磁材料坡莫合金和退磁线圈实现对磁场的屏蔽；

由于坡莫合金材料价格昂贵，故而由坡莫合金材料构筑的墙面相对于屏蔽室内部空间的大小而言非常薄，磁屏蔽室所处的外界环境如果产生振动会导致坡莫合金墙面产生轻微的形变；这些变形会影响屏蔽室的屏蔽效果，导致其内部磁场波动，大小趋近于1.5pT/mm，这种干扰与生物磁场的大小相近；对于弱磁场的测量而言，这是无法忽略的影响；因此有必要对屏蔽室采取一些隔振措施，减小因振动带来的磁场扰动对测量造成的影响。

引起坡莫合金墙壁形变的环境振动主要包括：城市环境中各种噪音带来的振动、屏蔽室地基的低频振动、周围环境变化引起的振动等；为了这些屏蔽引起的磁屏蔽室内磁噪声，需要对磁屏蔽室进行隔振处理；德国PTB相关研究人员Jens Voigt，Silvia Knappe-Grüneberg等指出，尽管对大地的微弱振动采取了一定的隔振措施，但仍然无法避免一些微米级范围内的残余振动，这些残余振动在一些为弱磁场测量和标定实验中仍然会产生很强的磁噪声。

日本学者K.Yamazaki，T.Abe等在研究中指出，当人在磁屏蔽室附近走动踏步时，产生的机械能会对坡莫合金墙面产生轻微的振动，墙体振动形变会引发屏蔽室内部磁噪声，磁屏蔽室外人走路时产生的机械振动和屏蔽室内部的磁噪声大小有较强的正相关性，同时，利用超导量子干涉仪（SQUID）通过测量主动微振动隔离系统（ACMI）打开或关闭工作状态下的磁噪声。

针对目前振动引起磁噪声的两个主要干扰源：地基的微弱低频机械振动和环境声压带来的振动，前者可以通过增加或者改进隔振平台来降低磁噪声；但对于声压引起的振动，无法通过地基隔振设施来降低磁噪声；只能通过阻止或减小环境噪声在传播过程中声压引起的磁屏蔽室墙面的振动，进而达到抑制磁噪声的效果。

发明内容

本发明针对引起零磁室墙壁坡莫合金材料形变的微振动隔绝技术，设计了一种基于介电弹性体的主动隔微振装置，以减小微弱磁测量过程中外界环境带来的干扰，该装置具体实现过程如下所述：