[发明专利]一种磁悬浮式空间全自由度绝对位姿传感系统

说明书

本发明公开了一种磁悬浮式空间全自由度绝对位姿传感系统，其特征在于，包括参考平台、多个准零刚度支腿和待测平台；所述参考平台与待测平台通过多个结所述准零刚度支腿以球铰的方式连接；所述准零刚度支腿包括下端球铰、下端盖、正刚度单元、负刚度单元、轴、下端壳体、上端壳体和上端球铰。该系统通过电磁机构实现准零刚度，从而提供绝对静止的参考平台，实现空间全自由度振动位姿的准确测量。系统测量频带宽，灵敏度高，适应性强，使用寿命长。

技术领域

本发明涉及振动测量技术领域，特别是涉及一种磁悬浮式空间全自由度绝对位姿传感系统。

背景技术

绝对式振动姿态测量技术在广阔的工业领域具有重要的应用价值，如船舶设备保护、振动环境下光学平台的精密隔振，机车振动记录，无人机平台防抖，海洋平台、大跨度桥梁的安全检测，大型旋转机械(如水轮发电机组)和地震波信号的监测等。这些振动的共同特点是：振动频率低；机座、地基随振动体一起振动，没有或很难找到静止参考点，因此大量成熟的相对测振方法均难以实施。在低频主动振动控制系统，为了取得理想的效果，往往依赖于准确、实时的绝对振动姿态反馈，而低频时加速度、转速信号很容易被噪声覆盖，基于绝对位移反馈的隔振系统具有较低的振动传递率及动柔度，可提高对外界干扰的鲁棒性，消除低频振动，因而可避免测量时延和误差累计问题、更好的描述被测对象的振动特性。

研究人员已经提出了一些测量物体绝对运动的方法，例如对加速度或速度信号进行积分，然而任何实际传感器件的测量信号中都不可避免的存在一定的测量噪声，对于低频振动，在长时间的积分过程中必然会引入不可忽略累计误差；而测量速度则需要附加的速度传感器，增加了使用成本。并且这些测量方式仅能测量单自由度运动，对于更高自由度的运动则不能很好的测量。即传统的绝对振动位移传感技术往往在安装、精度、成本等方面存在缺陷，通过加速度计、陀螺仪等惯性测量技术直接计算或间接估计振动姿态时，又很难兼顾准确性、实时性和成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁悬浮式空间全自由度绝对位姿传感系统，该系统通过电磁机构实现准零刚度，从而提供绝对静止的参考平台，实现空间全自由度振动位姿的准确测量。系统测量频带宽，灵敏度高，适应性强，使用寿命长。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种磁悬浮式空间全自由度绝对位姿传感系统，包括参考平台、多个准零刚度支腿和待测平台；所述参考平台与待测平台通过多个结所述准零刚度支腿以球铰的方式连接；

所述准零刚度支腿包括下端球铰、下端盖、正刚度单元、负刚度单元、轴、下端壳体、上端壳体和上端球铰；所述下端球铰的球铰一端与所述待测平台连接，所述下端球铰的另一端通过螺纹与所述下端盖的一端连接；所述下端盖的另一端通过螺纹与所述下端壳体的一端连接，所述下端壳体的另一端与所述上端壳体的一端连接，所述上端球铰的球铰一端与所述参考平台连接，所述上端球铰的另一端通过螺纹与所述上端壳体的另一端连接；所述轴设置在所述下端壳体内，所述轴的一端与所述上端壳体连接；所述正刚度单元和所述负刚度单元均设置在所述轴上以及所述下端壳体的内壁上。

进一步地，所述正刚度单元包括第一正刚度线圈、第二正刚度线圈、第一正刚度磁铁以及第二正刚度磁铁；所述第一正刚度线圈和所述第二正刚度线圈固定在所述下端壳体的内壁上；所述第一正刚度磁铁和所述第二正刚度磁铁均轴向充磁，磁化方向相反，异名磁极相对设置，所述第一正刚度磁铁和所述第二正刚度磁铁固定在所述轴上。

进一步地，所述第一正刚度磁铁和所述第二正刚度磁铁之间设置有垫片。

进一步地，所述负刚度单元包括第一负刚度线圈、第二负刚度线圈、第一负刚度磁铁以及第二负刚度磁铁；所述第一负刚度线圈和所述第二负刚度线圈固定在所述下端壳体的内壁上；所述第一负刚度磁铁和所述第二负刚度磁铁均轴向充磁，磁化方向相反，异名磁极相对设置，所述第一负刚度磁铁和所述第二负刚度磁铁固定在所述轴上。

进一步地，所述第一负刚度磁铁和所述第二负刚度磁铁之间设置有垫片。