[发明专利]光纤光栅与压电陶瓷结合的磁噪声抑制主动隔振装置

说明书

本发明公开了光纤光栅与压电陶瓷结合的磁噪声抑制主动隔振装置，主要包括以下几部分，包括：大型隔振装置由柱墩、气浮隔振器、混泥土质量块共同构成；零磁室，构成一个近零磁环境；形变测量系统，主要由应变片和弱磁信号探测装置——超导量子干涉仪共同组成；微位移驱动控制与执行系统，主要由控制器和压电陶瓷驱动器，压电陶瓷致动器组成。本发明则直接针对外界环境引起的磁屏蔽室墙面产生的振动进行隔振。近零磁空间中磁噪声抑制的压电陶瓷主动隔微振装置直接作用于振动物体，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。

技术领域

本发明属于隔微振技术领域，主要涉及一种光纤光栅与压电陶瓷结合的磁噪声抑制主动隔振装置。

背景技术

磁场作为物质存在的重要方式之一，是信息和能量传递的一种重要方式；生物磁是指生物所表现出的磁现象；可以通过研究生物磁进而研究生命的信息，同时也可以进一步研究外界电磁场对生命的影响、调理和干预；组成生命体的原子、分子、细胞、组织、器官等物质都会表现出强度不同的电磁能量信息，但是都非常微弱；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)；因此生物磁信号需要在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；磁屏蔽室内部是一个房间大小的空间，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；坡莫合金材料相较于磁屏蔽室内部空间而言非常薄，外界环境极易引起磁屏蔽室墙面材料变形或者产生微弱的振动；这些变形和振动等干扰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；对于生物磁的测量而言，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。

对于磁屏蔽室而言，环境振动干扰源主要有：城市环境噪音的声波带来的振动、大地的低频振动、周围环境变化引起的振动等；为了避免由于机械振动引起的大振幅干扰，需要对磁屏蔽室做一些隔振处理：通过一种大型隔振装置将磁屏蔽室与大地隔离，以减小大地的低频振动对磁屏蔽效果的影响；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。

日本相关研究人员K.Yamazaki，T.Abe，Y.Terazono等在研究磁屏蔽室外人作用于木地板发出的脚步声引起的磁噪声时指出，磁噪声与人走在木地板上发出的声音的声压带来的振动以及木地板自身产生的机械振动有关；他们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，将上述脚步声引起的磁噪声来源分为两类：一类是由磁屏蔽室的混泥土地基传递的机械振动(频率为10～25Hz)；另一类是直接由声压带来的微振动(频率为25～50Hz)。

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

本发明针对在脑磁、心磁等生物磁测量过程中由于微振动引起的近零磁环境中磁噪声，设计了一种基于压电陶瓷的主动隔微振装置，以减小生物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：