CN107218342B - 一种悬挂式复合隔振摆台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种悬挂式复合隔振摆台，包括：外框架、悬挂绞链以及复合摆台三个部分；复合摆台包括：摆台框架、配重质量块、配重面板和摆台面板；外框架与地面刚性连接，悬挂绞链两端分别与外框架和摆台框架刚性连接，摆台框架分别与配重面板和摆台面板刚性连接，且配重面板设置于摆台面板上方；配重面板上设置有若干质量可调的配重块，构成配重区；待测仪器放置于摆台面板上，构成测量区；本发明一方面可利用摆台在外框架运动时的自主倾斜来抑制低频振动耦合进入待测仪器，另一方面可以通过调节配重面板上的配重质量块的质量大小削弱待测仪器对高频振动的响应，从而在较宽频带内获得良好的水平隔振效果。

Description

一种悬挂式复合隔振摆台
技术领域
本发明属于水平被动隔振系统领域，更具体的说，涉及一种悬挂式复合隔振摆台。
背景技术
近年来，惯性技术的应用越来越广，惯性仪器的精度也越来越高。一方面，高精度的相对重力仪在观测地球运动、勘探矿产资源等领域发挥了极其重要的作用，对于这类高精度的重力仪，其分辨率往往高达10-10g或以上。另一方面，高精度的空间加速度计和惯性传感器在卫星重力测量、空间引力实验中扮演着重要角色，以卫星重力梯度计划GOCE中的加速度计为例，其分辨率达到了10-12m/s2量级。为了保证这类高精度惯性仪器的可靠工作，在地面对其进行测试与检定是一项很重要的工作。在检定过程中，灵敏度与分辨率测试是必不可少的一部分内容。在此过程中，待检仪器所处环境的本底振动噪声必然会直接耦合进入其输入端，因此我们必须选择尽可能安静的环境开展这项工作。不可回避的是，由于地球本身并非一个完美的刚体，它无时无刻不在发生形变，这便使得地面存在固有的地脉动噪声。地脉动噪声在不同地区的水平各不相同，然而即便是在最安静的地区，其在mHz区域的噪声谱依然高达10-8m/s2/Hz1/2，这已经高出了目前很多高精度惯性仪器的噪声水平。所以如果我们需要直接在地面上对高精度的惯性仪器性能进行评估，高性能的地面振动隔离系统是必不可少的。
我们知道，隔振系统的隔振效果很大程度上取决于其固有频率。一般而言，只有在其固有频率以上才有隔振效果，因此隔振系统的固有频率越低，其隔振频带越宽，隔振效果也越好。目前市面上的隔振平台的固有频率大都在几Hz以上，而目前高精度的惯性仪器的测量带宽往往低到了mHz量级，所以市面上的这类隔振平台是很难满足对高精度惯性仪器进行检定的要求的。为此，我们必须打开思路，突破传统隔振系统的限制，开发能够在较宽频带范围内提供隔振效果的系统。
发明内容
针对现有的隔振系统的缺陷以及高精度惯性仪器的检定需求，本发明提供了一种悬挂式复合隔振摆台，采用绞链悬挂的方式，使得复合摆台能够自由地在竖直平面内摆动，从而利用摆台台面的自主倾斜，有效地利用倾斜时重力沿台面的分量来平衡低频地面水平振动加速度，进而使待测惯性仪器对低于复合摆台本征频率的振动不敏感。另外，该复合摆台上还设置有配重区，可以通过调节配重面板上配重质量块的大小与位置，使得该复合摆台的撞击中心与摆台面板上的待测惯性仪器的质心重合，使待测惯性仪器对地面的水平高频振动不敏感，从而在复合摆台本征频率以上的频带获得较好的隔振效果。
本发明提供了一种悬挂式复合隔振摆台，包括：外框架、悬挂绞链以及复合摆台；复合摆台包括摆台框架和摆台面板；外框架与地面刚性连接，悬挂绞链用于连接外框架和摆台框架，悬挂绞链两端分别与外框架和摆台框架刚性连接；所述摆台面板与摆台框架刚性连接；悬挂绞链使复合摆台在竖直平面内自由摆动，并且能够抑制所述复合摆台在水平面内的扭转运动。
更进一步地，当测试需要对地面水平高频振动进行抑制时，复合摆台还包括：配重质量块和配重面板；配重面板设置于摆台面板的上方；配重质量块设置于配重面板上，且配重质量块的质量和位置可以根据需要进行调节。配重质量块置于配重面板上构成配重区，且配重质量块的大小和位置可以根据需要进行调节；待测惯性仪器放置于摆台面板中心位置的测量区。
更进一步地，悬挂绞链用于连接外框架和摆台框架，该悬挂绞链可以选择为任意合适结构由任意合适的材料制成，可以使复合摆台能在竖直平面内自由摆动，并且能在一定程度上抑制所述复合摆台的扭转运动。
更进一步地，当地面存在低频振动源时，复合摆台会绕悬挂绞链在竖直平面内摆动，使摆台面板上的待测惯性仪器发生自主倾斜，倾斜所引入的重力加速度分量与地面振动加速度方向大小相等，方向相反，从而起到了补偿地面水平振动加速度的效果。
更进一步地，配重质量块的大小和位置不是固定不变的，而是可以根据摆台面板上放置的待测惯性仪器质量和质心的不同而选择不同大小的配重质量块，通过调节配重质量块的大小和位置，使得复合摆台系统的撞击中心与待测惯性仪器质心重合，进而使待测惯性仪器对地面水平方向的高频振动不敏感，达到隔振效果。
更进一步地，外框架构成一个密闭系统用于减少气流对低频振动的影响，根据实验需求，其内部还可以进行真空设计以进一步减小气流对实验的影响。
更进一步地，结合摆台面板的自主倾斜与可调撞击中心的所述复合摆台，测量区内的待测仪器对所述复合摆台本征频率以下的低频区域和本征频率以上的高频区域的地面振动均不敏感。
本发明的悬挂式复合隔振摆台，仅由几个部件组成，结构简单，容易实现；整个装置采用被动隔振方案，没有控制电路，避免了电路引入额外噪声；摆台采用悬挂绞链连接方式，能够很好地响应地面水平振动加速度，并且能够一定程度的抑制复合摆台绕竖直方向的扭转，本发明利用摆台面板自主倾斜引入的重力加速度沿台面方向的分量来补偿地面振动加速度，进而达到抑制地面振动效应的效果，同时结合可调配重质量块的使用，调节复合摆台的撞击中心与待测惯性仪器的质心重合，有效隔离高频振动，两者结合使得在该隔振摆台系统中的惯性仪器对高频和低频的地面水平振动均具有较弱的响应，满足对其分辨率进行测试的需求。
附图说明
图1是本发明实施例提供的悬挂式复合隔振摆台的原理框图；
其中，1为外框架、2为悬挂绞链，3为复合摆台、31为摆台框架，32为配重质量块，33为配重面板，34为摆台面板，4为配重区，5为测量区。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1示出了本发明实施例提供的一种悬挂式复合隔振摆台的原理框图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
悬挂式复合摆台包括：外框架1、大宽长比簧片、复合摆台3、摆台框架31、配重质量块32、配重面板33和摆台面板34，以及配重区4和测量区5；外框架1与地面刚性连接，这样外框架的就会与地面同步振动；大宽长比簧片两端分别与外框架1和复合摆台3的摆台框架31刚性连接，配重面板33和摆台面板34与摆台框架31刚性连接，且配重面板33设置于摆台面板34的上方；配重质量块32置于配重面板33上构成配重区4，且配重质量块32的大小和位置可以根据需要进行调节；待测惯性仪器置于摆台面板34上的测量区5；大宽长比簧片保证了复合摆台可以自由地在竖直面内摆动，而较难在水平面内扭转；当地面存在低频振动源时，外框架1随地面振动，复合摆台3在惯性力作用下绕悬挂绞链2摆动，使得摆台平面34发生自主倾斜；此时测量区5上的待测惯性仪器所受到的沿摆台面板34方向的重力分量始终与外框架1振动产生的惯性力平衡，从而使得待测惯性仪器感受到的地面低频水平振动大幅减小。
当地面存在低频振动源(具体是指振动频率低于本征频率)时，外框架随地面振动，复合摆台在惯性力作用下绕悬挂绞链摆动，使得摆台平面自主倾斜；测量区上的待测仪器所受到的沿摆台面板方向的重力分量始终与外框架振动产生的惯性力平衡，从而使得待测仪器感受到的地面低频水平振动大幅减小。
同时，在需要对地面水平高频振动(具体是指振动频率高于本征频率)进行隔离时，配重面板33上放置的配重质量块32的质量大小和位置可以根据需要调节；通过调节配重区4的质量分布，可以使复合摆台3的撞击中心与摆台面板34上的待测惯性仪器的质心位置重合，使待测惯性仪器对高频振动的响应最小，从而达到抑制地面水平高频振动的效果。两种效应结合使得待测惯性仪器对复合摆台3本征频率以下的低频区域和本征频率以上的高频区域的地面振动均不敏感。
在本发明实施例中，大宽长比簧片具体是指宽长比大于2的簧片；大宽长比的簧片可以保证其弯曲刚度很小的同时，拥有较高的扭转刚度，这样便可保证悬挂的复合摆台在水平方向自由摆动，而在竖直方向的扭转运动可以得到抑制；避免扭转的振动噪声耦合到水平方面上来，影响待测仪器的分辨率测试。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种悬挂式复合隔振摆台，其特征在于，包括：外框架(1)、悬挂铰链(2)以及复合摆台(3)；
所述复合摆台(3)包括摆台框架(31)和摆台面板(34)；
所述外框架(1)与地面刚性连接，所述悬挂铰链(2)用于连接外框架(1)和摆台框架(31)，所述悬挂铰链(2)两端分别与外框架(1)和所述摆台框架(31)刚性连接；所述摆台面板(34)与所述摆台框架(31)刚性连接；
所述悬挂铰链(2)使所述复合摆台(3)在竖直平面内自由摆动，并且能够抑制所述复合摆台(3)在水平面内的扭转运动；
当地面存在低频振动源时，所述外框架(1)随地面振动，所述复合摆台(3)在惯性力作用下绕所述悬挂铰链(2)摆动，使得所述摆台面板(34)自主倾斜；测量区(5)上的待测仪器所受到的沿所述摆台面板(34)方向的重力分量始终与所述外框架(1)振动产生的惯性力平衡，从而使得待测仪器感受到的地面低频水平振动大幅减小；测量区(5)是指摆台面板(34)的上表面与配重面板(33)的下表面之间的区域；
所述复合摆台(3)还包括：配重质量块(32)和配重面板(33)；
所述配重面板(33)设置于所述摆台面板(34)的上方；所述配重质量块(32)设置于所述配重面板(33)上，且所述配重质量块(32)的质量和位置可以根据需要进行调节；
低频是指振动频率低于本征频率。
2.如权利要求1所述的悬挂式复合隔振摆台，其特征在于，所述配重面板(33)上放置的所述配重质量块(32)的质量大小和位置可以根据需要调节；通过调节配重区(4)的质量分布，可以使所述复合摆台(3)的撞击中心与所述摆台面板(34)上的所述测量区(5)中的待测仪器的质心的位置重合，使待测仪器对高频振动的响应最小，从而达到抑制地面水平高频振动的效果；配重区(4)是指配重面板(33)的上表面与摆台框架(31)顶部之间的区域。
3.如权利要求1-2任一项所述的悬挂式复合隔振摆台，其特征在于，所述外框架(1)构成一个密闭系统以减少气流对低频振动的影响。
4.如权利要求3所述的悬挂式复合隔振摆台，其特征在于，所述外框架(1)的内部可根据实际需求设计为真空，以进一步减小气流的影响。
5.如权利要求1所述的悬挂式复合隔振摆台，其特征在于，所述测量区(5)内的待测仪器对所述复合摆台(3)本征频率以下的低频区域和本征频率以上的高频区域的地面振动均不敏感。
6.如权利要求1所述的悬挂式复合隔振摆台，其特征在于，所述悬挂铰链(2)为宽长比大于2的簧片。
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