CN101718327B - 精密隔振系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种精密隔振系统，其包括第一层隔振器、第二层隔振器和微位移检测装置；所述第一层隔振器由第一空气弹簧与磁流变体隔振装置相并连构成，第二层隔振器由第二空气弹簧与微作动元件相并连构成；所述第二层隔振器安装在第一层隔振器之上，两者相串连为一体；所述微位移检测装置与第一层隔振器的磁流变体隔振装置相连接，微作动元件与测振传感器相连；精密仪器放置在第二层隔振器上面，精密仪器通过测振光路与微位移检测装置的相连接。本发明采用了基于微作动元件控制的双层隔振结构，可满足精密仪器对低频隔振降噪的要求，大大提高精密仪器的抗振能力。
Description
技术领域
本发明涉及可控抗振精密测量领域，特别是涉及一种使用微作动元件及磁性可控流体的精密隔振系统。用于精密仪器的支撑部件及校准，起固定、支撑动力总成，同时减少环境振动向仪器的传递，降低环境干扰对仪器的噪声，提高仪器适应复杂工作环境的能力。
背景技术
目前，常用精密隔振主要有橡胶、空气弹簧。橡胶由于动特性随频率变化很少，其降噪、减振能力有限，不能满足现代精密测试需求。空气弹簧解决低频特性有效，但刚度低引起可靠性降低等问题。美国专利US-5398917采用磁流变体，通过控制阻尼调节系统刚度，对低频特性较有利。磁流变体阻尼器的隔振方法主要用于大型设备减振，还没有用于精密设备上，如光刻机、干涉仪的精度隔振方法。
上述方法还不能对低频微振动(频率低于10Hz，振幅小于微米量级)进行有效隔离。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，而提出基于微作动元件控制的双层(空气弹簧与磁流变体)隔振系统，可满足精密仪器对低频隔振降噪的要求，大大提高精密仪器的抗振能力。
本发明的上述目的由如下技术方案实现：
本精密隔振系统包括第一层隔振器、第二层隔振器和微位移检测装置；所述第一层隔振器由第一空气弹簧与磁流变体隔振装置相并连构成，第二层隔振器由第二空气弹簧与微作动元件相并连构成；所述第二层隔振器安装在第一层隔振器之上，两者相串连为一体；所述微位移检测装置与第一层隔振器的磁流变体隔振装置相连接，微作动元件与测振传感器相连；精密仪器放置在第二层隔振器上面，精密仪器通过测振光路与微位移检测装置相连接。
与现有技术相比，本发明具有如下特点：
1、本精密隔振系统的第一层，空气弹簧与磁流变体隔振装置并连，通过外加电压控制磁场，系统的刚度就连续可调，固有频率和振动幅值降低了。隔振频率小于2Hz，振动振幅达0.01微米量级。
2、精密隔振系统的第二层，空气弹簧与微作动元件相并连，通过外加电压控制微作动元件伸缩量，将隔振频率降低到小于2Hz，振动振幅小于纳米量级。
3、将微位移检测装置作为反馈系统，实时调节磁流变体阻尼器的阻尼力大小，将振动的机械能转化成热能散发掉，进一步提高其隔振效果，确保精密仪器测试需求。
4、本精密隔振系统采用一种新型复合结构，极大简化了系统结构。
5、将空气弹簧、磁流变体阻尼器、微作动元件、微位移检测装置的优点结合在一起，有利于精密隔振器的设计与制作。本发明结构简单，重量轻，隔振精度高。
附图说明
图1精密隔振系统的结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对发明作详细描述。
参见图1，精密隔振系统包括第一层隔振器1、第二层隔振器2和微位移检测装置3。其中第一层隔振器1包括第一空气弹簧101、磁流变阻尼器 (内装磁流变液)102、用于产生磁场的线圈103；第一空气弹簧101与磁流变阻尼器102并连在上下两块金属板105与104之间。第二层隔振器2包括第二空气弹簧201和微作动元件202；第二空气弹簧201、微作动元件202并连在上面的另一块金属板203与下面的金属板105之间。微作动元件202与测振传感器204相连。第一层隔振器1与第二层隔振器2上下串连，通过中间的金属板105实现连接。微位移检测装置3包括校准装置301、信号处理与控制装置302。微位移检测装置的信号处理与控制装置302与磁流变阻尼器的线圈103相连。精密仪器303放置在第二层隔振器2上面，精密仪器303通过测振光路与微位移检测装置3相连接。
从图1可以看出，在零电流状态用下，第一和第二空气弹簧101和102是单独工作，隔振效果不理想。在外加电流状态下，第一层隔振器1中的线圈103激发磁通使磁流变体阻尼器102产生很大的阻尼力，将振动干扰大大减少。外加电压控制微作动元件202(如压电陶瓷：简称PZT)的伸缩，微作动元件202与测振传感器204相连，根据外界振动信号调节第二层隔振器2的刚度，将第一层隔振器1剩余的微振动隔离掉。这样，外界环境的振动对精密仪器测量没有影响。
另外，本精密隔振系统的微位移检测装置3包括校准装置301和信号处理与控制装置302。校准装置301与精密仪器303并排放置在同一机箱内。信号处理与控制装置302送入线圈103。其中校准装置301是一标准的高精度可控元件，在给定电压作用下，其变化量是一定值(称定值)。校准装置301对精密仪器303进行校准时，测得的信号经信号处理与控制装置302后得一测量值。测量值与定值之差得误差信号。该误差信号经信号处理与控制装置302送入线圈103，改变线圈103产生的磁通量大小，从 而控制磁流变体阻尼器102阻尼力大小，提高减振效果，达到精密仪器测试需求。本部分使磁流变体阻尼器减振效果达到最佳状态。
本发明的空气弹簧可以选用气囊，微作动器选用控制精度到0.1纳米的压电陶瓷(PZT)，磁流变体阻尼器是依据Bingham平板模型，采用旁通阀结构设计出的阻尼器，校准装置采用一标准的高精度压电陶瓷元件。
可见，本发明是基于磁流变体与PZT、气囊构建低频双层耦合隔振装置，能根据工作环境自动调整隔振器结构、参数和控制方法，提高系统适应不同环境的抗振需求，具有自适应性好、能对低频振动进行有效隔离、重量轻的优点。可用于光学测量、精密平台、超精密加工、环境监测等领域。
Claims (5)
1.一种精密隔振系统，它包括第一层隔振器(1)、第二层隔振器(2)和微位移检测装置(3)；其特征在于：所述第一层隔振器(1)由第一空气弹簧(101)与磁流变体隔振装置相并连构成，第二层隔振器由第二空气弹簧(201)与微作动元件相并连构成；所述第二层隔振器安装在第一层隔振器(1)之上，两者相串连为一体；所述微位移检测装置(3)与第一层隔振器(1)的磁流变体隔振装置相连接，微作动元件(202)与测振传感器(204)相连；精密仪器(303)放置在第二层隔振器(2)上面，精密仪器(303)通过测振光路与微位移检测装置(3)相连接。
2.根据权利要求1所述的精密隔振系统，其特征在于：所述磁流变体隔振装置包括磁流变阻尼器(102)和用于产生磁场的线圈(103)，磁流变阻尼器(102)内装磁流变液。
3.根据权利要求1所述的精密隔振系统，其特征在于：所述微作动元件(202)是一压电陶瓷或磁致伸缩元件。
4.根据权利要求1所述的精密隔振系统，其特征在于：所述微位移检测装置(3)包括校准装置(301)和信号处理与控制装置(302)；校准装置(301)输出的定值信号作为信号处理与控制装置的输入信号；所述信号处理与控制装置(302)输出误差信号，通过反馈信号线与磁流变阻尼器的线圈(103)相连。
5.根据权利要求1所述的精密隔振系统，其特征在于：所述第一层隔振器通过两金属板(104，105)将第一空气弹簧(101)与磁流变体隔振装置相并连，所述的第二层隔振器通过两金属板(105，203)将第二空气弹簧(201)与微作动元件(202)相并连。
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