CN105952841A - 基于簧片和十字簧系统的超低频隔振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于簧片和十字簧系统的超低频隔振装置，涉及绝对重力测量技术领域。本装置是：在底座上垂直设置有底座夹板簧片的左右端分别通过动簧片夹和定簧片夹分别固定于动片夹板的左侧和底座夹板的右侧；反射棱镜和动片夹板的左侧通过螺钉连接；十字簧系统分别固定在底座夹板及动片夹板上；在动片夹板下面设置有调零螺钉；在底座夹板上端设有反馈系统，反馈系统的线圈和反馈电路连接。与现有技术相比，本发明结构简单，操作方便，通过反馈电路使整个隔振系统对3～6s地脉动信号有较为理想的隔振效果，为高精度绝对重力仪研制提供了良好的技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及绝对重力测量技术领域，尤其涉及一种基于簧片和十字簧系统的超低频隔振装置。
背景技术
隔振系统是绝对重力仪的关键技术之一，隔振系统的隔振能力制约着绝对重力仪观测精度，同时隔振系统在航空航天、光学、机械加工、医疗及制造业等领域也有广泛的应用。
弹簧隔振系统是目前最常见的隔振系统，长周期弹簧隔振系统主要有主动隔振系统和机械负刚度弹簧隔振系统。主动隔振典型代表是美国Micro-9Lacoste公司的超长弹簧系统，通过LED测量隔振对象与支架的相对运动，再利用线圈补偿该运动，保持被隔振对象的相对静止，达到隔离低频振动的效果；机械负刚度弹簧隔振系统的典型代表是美国MinuSK隔振台，它利用机械负刚度弹簧抵消主支撑弹簧的刚度，降低整个系统的刚度，达到隔离低频振动的效果。无论是超长弹簧还是MinuSK隔振台，它们的机械结构和系统都非常复杂，需要精密的设计和加工机械系统等。
需要隔离低频的振动噪声，弹簧的谐振周期应尽可能长。但是弹簧的谐振周期与弹簧的实际长度是相关的，其周期越长弹簧长度越大。在实际应用过程中，弹簧的长度不可能过大，因此弹簧隔振系统的谐振周期通常不会太长，不可能达到谐振周期为60s的要求，无法实现更低频率的隔振。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种基于簧片和十字簧系统的超低频隔振装置，解决了使用弹簧隔振系统机械自振周期较短的问题。
本发明的目的是这样实现的：
通过电路反馈，使其等效周期稳定到30s，能够有效隔离地面振动，即3～6s地脉动的信号，使其隔振反射棱镜保持与地心的相对静止，大大提高绝对重力仪测量精度。
具体地说，本装置包括反馈电路、反馈系统、底座夹板、十字簧系统、簧片、定簧片夹、动片夹板、反射棱镜、动簧片夹、调零螺钉和底座；
其位置和连接关系是：
在底座上垂直设置有底座夹板；
簧片的左右端分别通过动簧片夹和定簧片夹分别固定于动片夹板的左侧和底座夹板的右侧；
反射棱镜和动片夹板的左侧通过螺钉连接；
十字簧系统分别固定在底座夹板及动片夹板上；
在动片夹板下面设置有调零螺钉（通过调整调零螺钉使整个隔振装置保持零位）；
在底座夹板上端设有反馈系统，反馈系统的线圈和反馈电路连接。
与现有技术相比，本发明具有下列优点和积极效果：
结构简单，操作方便，通过反馈电路使整个隔振系统对地脉动信号（3～6s）有较为理想的隔振效果，为高精度绝对重力仪研制提供了良好的技术支撑。
附图说明
图1是本装置的结构示意图；
图2是反馈系统的结构示意图；
图3是十字簧系统的结构示意图；
图4是本发明实施例架构示意图。
图中：
A—支架；
B—落体机构；
C—本装置；
0—反馈电路，
1—反馈系统，
11—螺钉，
12—下极板，
13—隔环，
14—上极板，
15—磁钢
16—线圈，
17—电容片底座，
18—电容动片，
19-电容片支架；
2—底座夹板，
3—十字簧系统，
31—十字簧定夹，
32—压板，
33—两对十字簧，
34—十字簧动夹；
4—簧片；
5—定簧片夹；
6—动片夹板；
7—反射棱镜；
8—动簧片夹；
9—调零螺钉；
10—底座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本装置详细说明：
一、本装置的总体
如图1，本装置包括反馈电路0、反馈系统1、底座夹板2、十字簧系统3、簧片4、定簧片夹5、动片夹板6、反射棱镜7、动簧片夹8、调零螺钉9和底座10；
其位置和连接关系是：
在底座10上垂直设置有底座夹板2；
簧片4的左右端分别通过动簧片夹8和定簧片夹5分别固定于动片夹板6的左侧和底座夹板2的右侧；
反射棱镜7和动片夹板6的左侧通过螺钉连接；
十字簧系统3分别固定在底座夹板2及动片夹板6上；
在动片夹板6下面设置有调零螺钉9（通过调整调零螺钉9使整个隔振装置保持零位）；
在底座夹板2上端设有反馈系统1，反馈系统1的线圈16和反馈电路（0）连接。
工作机理：
如图1，当地振动带动隔振平台底座10振动时，底座夹板2随地面振动，由于惯性作用，反射棱镜7保持静止；而装在底座夹板2上端的反馈系统1会测得参考反射棱镜7的位移变化，并且将位移变化量转换为电信号；这个电信号反馈给反馈电路0，反馈电路0控制线圈16上电流大小及方向，从而使底座夹板2受到与簧片4弹力大小相等、方向相反的力，从而使本装置稳定在零位；整个装置等效周期稳定在几十秒以上，具有较好的隔振性能，从而使反射棱镜7的位置几乎不受地振动的影响，即保持与地心相对静止。
本装置主要由簧片4和十字簧系统3组成，通过一个簧片4和十字簧系统3形成摆式结构，由于单级摆具有惯性作用，本身具有一定的隔振能力；为拓展低频端的隔振性能，将装置固有周期调整到几十秒以上；但是由于装置周期较长，装置本身较难稳定，检测底座10与反射棱镜7的相对位移，通过反馈电路0反馈到线圈16中，装置形成负反馈，使整个装置周期稳定在几十秒以上。
二、本装置的功能部件
0、反馈电路0
反馈电路是一种PID（由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。）控制电路。
1、反馈系统1
如图1、2，反馈系统1包括螺钉11、下极板12、隔环13、上极板14、磁钢15、线圈16、电容片底座17、电容动片18和电容片支架19；
其位置和连接关系是：
在底座夹板2上端面的中心，垂直设置有电容片底座17，在电容片底座17右边的上方安放有磁钢15，在电容片底座17右边的下方固定有下极板12和上极板14，在固定于动片夹板6上的电容片支架19的右侧固定有电容动片18；上极板14和下极板12上下叠放，中间是4个隔环13，通过4个螺钉11依次穿过上极板14的4个穿孔、4个隔环13和下极板12的4个穿孔；
线圈16插入磁钢15内，线圈16和反馈电路0连接。
1）螺钉11
螺钉11是一种通用件。
2）下极板12
下极板12是一种长方形薄板（铝片），其4角设置有通孔。
其功能是与上极板14和电容动片18形成差分输出，输出位移信号到反馈电路0中。
3）隔环13
隔环13是一种通用件。
其功能是使极板与装置绝缘。
4）上极板14
上极板14与下极板12的结构一样。
5）磁钢15
磁钢15是一种圆环形磁铁块；固定于电容片底座17上，可使线圈16插入。
6）线圈16
线圈16是用漆包线绕成的且和磁钢15适配的圆环形线圈。
其功能是与磁钢15作用，为装置提供反馈力。
7）电容片底座17
电容片底座17呈左转90度的T形。
其功能是连接固定磁钢15、下极板12和上极板14。
8）电容动片18
电容动片18是一种长方形薄板（铝片），左侧设有通孔；固定在电容片支架19右侧上方。
9）电容片支架19
电容片支架19是一种方形薄板（铝片）；一端连接固定动片夹板6，一端固定电容动片18。
2、底座夹板2
底座夹板2是一种长方形双夹板（薄铝板）；其中间用于固定十字簧系统3的十字簧定夹31，其下端固定在底座10上。
其功能是支撑整个装置，固定十字簧系统3中的十字簧定夹31和定簧片夹5。
3、十字簧系统3
如图1、3，十字簧系统3包括十字簧定夹31、压板32、两对十字簧33和十字簧动夹34；
其位置和连接关系是：
十字簧定夹31固定于底座夹板2中间，在十字簧定夹31的右端面和下端面固定两对十字簧33的一端；十字簧动夹34固定于动片夹板6中间，十字簧动夹34其左端面和上端面固定两对十字簧33的另一端。
1）十字簧定夹31
十字簧定夹31是一种长方块，在其右端面和下端面分别设置有螺纹孔；
通过压板32和螺钉固定十字簧33的一端；十字簧定夹31固定于底座夹板2中间；
其功能是连接底座夹板2和十字簧33。
2）压板32
压板32是一种通用件，其上设置有通孔（和十字簧定夹31的螺纹孔的位置适配）。压板32一共有4块，分别与十字簧定夹31右端面、下端面和十字簧动夹34左端面、上端面配合。
其功能是固定两对十字簧33。
3）两对十字簧33
两对十字簧33是一种由4条长方形薄板（铍青铜片）两两一对形成两对十字铰链；
其功能是形成两对十字铰链，连接十字簧动夹34和十字簧定夹31，同时使十字簧动夹34可以绕十字簧定夹31转动。
4）十字簧动夹34
十字簧动夹34和十字簧定夹31的结构相同，在十字簧动夹34左端面和上端面分别设置有螺纹孔；
通过压板32和螺钉固定十字簧33的另一端；十字簧动夹34固定于动片夹板6中间。
其功能是连接动片夹板6和十字簧33。
十字簧系统3的功能是：使底座夹板2与动片夹板6通过十字簧33形成铰链，保证动片夹板6可以绕十字簧33中心自由转动。
十字簧系统3的工作机理是：在底座夹板2固定后，十字簧定夹31也随之固定，两对十字簧33形成两对十字铰链，将动片夹板6与十字簧动夹34固定，使动片夹板6绕两对十字簧片33中心转动，保证动片夹板6约束在一个面上运动。
4、簧片4
簧片4是一种长方形薄片（铍铜合金），簧片4左端与动簧片夹8连接，簧片4右端与定簧片夹5连接。
其功能是使整个装置形成一种弹性结构。
5、定簧片夹5
定簧片夹5是一种中间有卡槽的长方形夹块，定簧片夹5左端与底座夹板2固定，中间的卡槽固定簧片3右端。
其功能是连接簧片4。
6、动片夹板6
动片夹板6是一种呈Ｃ形状的双夹板（薄铝片）；其中间用于固定十字簧动夹34，其缺口用于观察十字簧片33；
其功能是连接十字簧动夹34、线圈15、反射棱镜7及电容动片17。
7、反射棱镜7
反射棱镜7是一种通用件。
其功能是作为被隔振物体，接收落体机构发出的光束。
8、动簧片夹8
动簧片夹8是一种中间有卡槽的长方形夹块，动簧片夹8左端连接反射棱镜7，动簧片夹8右侧连接动片夹板6的左端，动簧片夹8的卡槽连接簧片4左端。
其功能是连接簧片4。
9、调零螺钉9
调零螺钉9是一种通用的螺杆，调零螺钉9右端插入动片夹板6下端。
其功能是调整整个装置保持零位。
10、底座10；
底座10是一种圆形块，底座10下端设有调平螺钉，上端固定底座夹板2。
其功能是为整个装置提供支撑，同时使整个装置保持水平。
三、本装置的应用
本装置应用于绝对重力仪。
如图4，在支架A的上方设置有落体机构B，本装置C放置于落体机构B的正下方，本装置C中的反射棱镜7和落体机构B的光束对准。
当地振动带动外底座10振动时，底座夹板2随地面振动，由于惯性作用，反射棱镜7保持静止；而装在底座夹板2上的反馈系统1会测得反射棱镜7的位移变化，并且将位移变化量转换为电信号；这个电信号反馈给反馈电路0，反馈电路0控制反馈线圈16上电流大小及方向，使动片夹板6受到与簧片4弹力大小相等、方向相反的力，从而使本装置稳定在零位；整个装置等效周期稳定在几十秒以上，具有较好的隔振性能，反射棱镜7的位置几乎不受地振动的影响，即保持与地心相对静止。
Claims (3)
1.一种基于簧片和十字簧系统的超低频隔振装置，其特征在于：
包括反馈电路（0）、反馈系统（1）、底座夹板（2）、十字簧系统（3）、簧片（4）、定簧片夹（5）、动片夹板（6）、反射棱镜（7）、动簧片夹（8）、调零螺钉（9）和底座（10）；
其位置和连接关系是：
在底座（10）上垂直设置有底座夹板（2）；
簧片（4）的左右端分别通过动簧片夹（8）和定簧片夹（5）分别固定于动片夹板（6）的左侧和底座夹板（2）的右侧；
反射棱镜（7）和动片夹板（6）的左侧通过螺钉连接；
十字簧系统（3）分别固定在底座夹板（2）及动片夹板（6）上；
在动片夹板（6）下面设置有调零螺钉（9）；
在底座夹板（2）上端设有反馈系统（1），反馈系统（1）的线圈（16）和反馈电路（0）连接。
2.按权利要求1所述的超低频隔振装置，其特征在于：
所述的反馈系统（1）包括螺钉（11）、下极板（12）、隔环（13）、上极板（14）、磁钢（15）、线圈（16）、电容片底座（17）、电容动片（18）和电容片支架（19）；
其位置和连接关系是：
在底座夹板（2）上端面的中心，垂直设置有电容片底座（17），在电容片底座（17）右边的上方安放有磁钢（15），在电容片底座（17）右边的下方固定有下极板（12）和上极板（14），在固定于动片夹板（6）上的电容片支架（19）的右侧固定有电容动片（18）；上极板（14）和下极板（12）上下叠放，中间是4个隔环（13），通过4个螺钉（11）依次穿过上极板（14）的4个穿孔、4个隔环（13）和下极板（12）的4个穿孔；
线圈（16）插入磁钢（15内），线圈（16）和反馈电路（0）连接。
3.按权利要求1所述的超低频隔振装置，其特征在于：
所述的十字簧系统（3）包括十字簧定夹（31）、压板（32）、两对十字簧（33）和十字簧动夹（34）；
其位置和连接关系是：
十字簧定夹（31）固定于底座夹板（2）中间，在十字簧定夹（31）的右端面和下端面固定两对十字簧（33）的一端；十字簧动夹（34）固定于动片夹板（6）中间，十字簧动夹（34）其左端面和上端面固定两对十字簧（53）的另一端；
十字簧定夹（31）是一种长方块，在其右端面和下端面分别设置有螺纹孔；
通过压板（32）和螺钉固定十字簧（33）的一端；十字簧定夹（31）固定于底座夹板2中间；
两对十字簧（33）是一种由4条长方形薄板两两一对形成两对十字铰链。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20171205 |