CN109406082A - 一种振动台 - Google Patents

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邱建海
杨文健
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Abstract

本发明公开了一种振动台，包括：用于产生磁场的磁路装置；动圈骨架设置在磁路装置中，在磁场中上下运动，动圈骨架具有放置凹槽；转接件设置于放置凹槽中；激励线圈，沿动圈骨架的外周壁上径向缠绕，位于磁路装置产生的磁场中，横向固定装置，套设在动圈骨架上横向固定装置中设有空气轴承。本发明提供的振动台，与传统的挠性弹簧支撑结构相比，结构简单且能明显减小振动台的整体尺寸。同时在动圈骨架的外围固定一个空气轴承，向空气轴承注入高压气体，形成一块高强度的空气薄膜，可给动圈骨架提供很高的侧向刚度，减小动圈骨架的横向扰动，提高该振动台对加速度计的标定精度。

Description

一种振动台
技术领域
本发明涉及振动计量技术领域，具体涉及一种振动台。
背景技术
振动台作为振动计量中主要使用的工具之一，用于对加速度计进行校准。现有技术中的振动台，普遍使用挠性弹簧支撑动圈组件，这样便导致振动台的整体尺寸偏大；部分振动台为缩小整体体积，在其内部直接使用弹簧来对动圈组件进行支撑，这样又会导致其内部结构变得十分复杂。振动台主要用来检测加速度计的轴向运动方向的加速度，所以需要动圈在振动台中受激振动运动时，仅产生轴向方向的位移，而不产生横向或其它方向的位移。目前的加速度振动台，普遍使用挠性弹簧来支撑动圈组件，极易产生不必要的横向运动，尤其是在动圈与挠性弹簧的共振频率接近时，动圈会产生弯曲和摆动，进而会导致产生大幅的横向运动。横向运动会使加速度计入检测到不需要的数值，进而造成较大的校准误差，影响加速度计的标定精度。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种振动台，以解决现有技术中振动台由于不必要的横向运动带来的标定精度不高的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种振动台，包括：用于产生磁场的磁路装置；动圈骨架，设置在所述磁路装置中，并在所述磁路装置产生的磁场中沿所述动圈骨架的中心轴方向往复运动，所述动圈骨架具有放置凹槽，所述放置凹槽开口向上；转接件，设置于所述放置凹槽中；激励线圈，沿所述动圈骨架的外周壁上径向缠绕，位于所述磁路装置产生的磁场中；横向固定装置，套设在所述动圈骨架上，位于所述磁路装置上方，所述横向固定装置中设有空气轴承。
优选地，所述空气轴承与所述动圈骨架之间留有预设距离的缝隙，所述缝隙中填充有气体薄膜。
优选地，所述横向固定装置还包括：壳体，所述空气轴承固定在所述壳体内。
优选地，所述壳体上开设有通气孔，利用所述通气孔使气体通过所述壳体通入所述空气轴承。
优选地，所述磁路装置包括：下衔铁，所述下衔铁设置有下衔铁凹槽；永久磁铁，设置于所述下衔铁凹槽中；中衔铁，位于所述永久磁铁上方；上衔铁，套设在所述动圈骨架上，覆盖所述下衔铁凹槽的开口。
优选地，所述下衔铁、所述永久磁铁、所述中衔铁和所述上衔铁产生的磁场围成闭合回路。
优选地，所述动圈骨架套设在部分的所述中衔铁上。
优选地，所述激励线圈包括：直流激励线圈，沿所述动圈骨架的外周壁上径向缠绕，位于所述磁路装置产生的线性磁场中；交流激励线圈，沿所述动圈骨架的外周壁上径向缠绕，位于所述磁路装置产生的匀强磁场中。
优选地，所述动圈骨架上具有：第一凹槽，沿所述动圈骨架的外周壁的径向延伸，所述直流激励线圈位于所述第一凹槽中；第二凹槽，沿所述动圈骨架的外周壁的径向延伸，并位于所述第一凹槽的下方，所述交流激励线圈位于所述第二凹槽中。
优选地，所述的振动台，还包括：支撑件，位于所述下衔铁的下方。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、本发明实施例提供的振动台，使用空气轴承作为动圈骨架的横向支撑，利用高强度的微小气隙为动圈骨架提供了很好的侧向刚度，从而减小动圈骨架的横向扰动，提高了振动台的标定精度。
2、本发明实施例提供的振动台，利用直流激励线圈在磁场作用下的激励安培力来支撑动圈骨架，即让直流线圈在线性磁场的作用下通以直流电，产生安培力拖动整个动圈骨架向上，最终悬浮在某一固定位置，实现了对动圈骨架的轴向支撑，同时，其可在整个激振系统中充当缓冲电磁弹簧，具有缓冲和储能的作用。该方法与传统的挠性弹簧支撑结构比较，缩小了振动台的整体尺寸，且其结构变得更为简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1示出了本发明实施例的提供的振动台的结构组成示意图；
图2示出了本发明实施例提供的磁路装置产生的磁场分布示意图；
图3示出了本发明实施例提供的动圈骨架振动时的简化力学模型。
其中，上述附图中的附图标记为：
1-磁路装置；11-下衔铁；12-永久磁铁；13-中衔铁；14-上衔铁；
110-下衔铁凹槽；111-线性磁场区域；112-匀强磁场区域；
2-动圈骨架；21-第一凹槽；22-第二凹槽；23-放置凹槽；3-转接件
4-激励线圈；41-直流激励线圈；42-交流激励线圈；
5-横向固定装置；51-空气轴承；52-壳体；6-支撑件。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种振动台，其中，如图1所示，该振动台包括：用于产生磁场的磁路装置1；动圈骨架2，设置在磁路装置1中，并在磁路装置1产生的磁场中沿动圈骨架2的中心轴方向往复运动，动圈骨架2具有放置凹槽23，放置凹槽23开口向上；转接件3，设置于所述放置凹槽23中；激励线圈4，沿动圈骨架2的外周壁上径向缠绕，位于磁路装置1产生的磁场中，横向固定装置5，套设在动圈骨架2上，位于磁路装置1上方；横向固定装置中设有空气轴承51。
本发明实施例中，空气轴承51与动圈骨架2之间留有预设距离的缝隙，缝隙中填充有气体薄膜，在本发明实施例中，空气轴承51与动圈骨架2之间的缝隙大小为0.1mm，但是并不以此为限，在一定范围内，空气薄膜的强度与微小缝隙的宽度成正比，在其他实施例中可以根据振动台的实际尺寸情况合理的设置缝隙的大小。
上述的振动台与传统的挠性弹簧支撑结构相比，此支撑方式仅需在动圈骨架上安装激励线圈，结构简单，且能明显减小振动台的整体尺寸。同时在动圈骨架2的外围固定一个空气轴承51，向空气轴承51注入经过滤的高压气体，其可在动圈与空气轴承间形成一块高强度的空气薄膜，可给动圈骨架2提供很高的侧向刚度，减小动圈骨架2的横向扰动，提高该振动台对加速度计的标定精度。
本发明实施例中，横向固定装置5还包括：壳体52，空气轴承51固定在壳体52内。在壳体52上开设有通气孔，利用通气孔使气体通过壳体52通入空气轴承51，在一具体实施例中，可以向向空气轴承51中加注经过滤的高压气体，使得动圈骨架2与空气轴承51之间形成高压空气薄膜。
在本发明实施例中，如图1所示，磁路装置1包括：下衔铁11，所述下衔铁11设置有下衔铁凹槽110；永久磁铁12，设置于下衔铁凹槽110中；中衔铁13，位于永久磁铁12上方；上衔铁14，套设在动圈骨架2上，覆盖下衔铁凹槽110的开口，动圈骨架1套设在部分的中衔铁13上。其中下衔铁11、永久磁铁12、中衔铁13和上衔铁14产生的磁场围成如图2所示的闭合回路，磁场可以分为线性磁场区域、匀强磁场区域、非线性磁场区域、非匀强磁场区域，如图2所示，圆圈111表示线性磁场区域，圆圈112表示匀强磁场区域。
在本发明实施例中，激励线圈4包括：直流激励线圈41，沿动圈骨架2的外周壁上径向缠绕，位于磁路装置1产生的线性磁场区域中；交流激励线圈42，沿动圈骨架2的外周壁上径向缠绕，位于磁路装置1产生的匀强磁场区域中。
在本发明实施例中，在动感骨架2上开设第一凹槽21和第二凹槽22，其中，第一凹槽21沿动圈骨架2的外周壁的径向延伸，直流激励线圈41位于第一凹槽21中；第二凹槽22，沿动圈骨架2的外周壁的径向延伸，并位于第一凹槽21的下方，交流激励线圈42位于第二凹槽22中，上述设置方式使得动圈骨架2在振动台整个有效工作频响范围内，都处于稳定的交流磁场激励中，从而稳定了动圈骨架2在高频振动时的加速度响应，拓展了振动台的频响范围，同时将激励线圈设置在凹槽内进一步缩小振动台整体的体积。
在本发明实施例中，振动台基本工作机理如下：转接件3为加速度计转接插件，在上述磁场的作用下动圈骨架2带动与转接件3连接的加速度计，依靠比较法对加速度计进行校准。具体实现过程为：通过对磁路装置1和动圈骨架2结构的精确设计，保证直流激励线圈41的工作区域内分布线性磁场(向上递减)，交流激励线圈42的工作区域内分布匀强磁场。使直流激励线圈41在线性磁场作用下通以直流激励，直流激励线圈就会受到向上的安培力作用，推动动圈骨架2向上抬升。由于所处磁场为线性磁场(向上递减)，越往上抬升其所产生的安培力越小，直到某位置，使得在电磁作用下所产生的安培力与重力相等，使动圈悬浮，即实现对动圈骨架2的支撑。为了保证振动台的低频性能及额定振动幅值，直流线圈的尺寸、位置参数以及磁场大小经过精确设计。同时，另外，该可变安培力支撑系统还在整个激振系统中充当缓冲电磁弹簧，用于缓冲和储能。通过下列公式(1)表示在电磁作用下所产生的安培力与重力相等，使动圈悬浮的情形：
F0＝B0IDCLDC＝mg (1)
式中，F0为直流激励线圈产生的安培力；B0为直流激励线圈产生的安培力等于重力时的磁场强度，IDC为直流电流；LDC为直流激励线圈长度，为一定值，M为动圈骨架及负载的总质量。
同理，使交流激励线圈42在匀强磁场作用下通以交流激励，交流激励线圈42上产生交变的轴向安培力，带动动圈骨架2进行轴向振动，其中安培力的频率与激励电流的频率相同。如图3所示，为动圈骨架振动时的简化力学模型图，其中，动圈骨架2的加速度与交流电频率的关系通过以下公式(2)表示：
公式(2)中，BAC表示匀强磁场强度，为一定值；IAC表示交流电流，为一定值；LAC为交流激励线圈的长度，为一定值；ω表示交流电流频率；k表示直流线圈所处的磁密线性段梯度，为一定值；表示动圈骨架的加速度。
上述公式(2)中，仅ω和为未知数，故可得到动圈骨架2的加速度与交流电电流频率之间的关系。通过对交流电电流频率进行换算，可得到当前动圈骨架2振动的加速度值。
在本发明实施例中，振动台还包括：支撑件6，位于下衔铁11的下方，用于支撑上述振动台的其他结构。在本实施例中支撑件6采用的是调平螺丝，但是并不限于此，在其他实施例中可以为其他支撑结构。
本发明实施例提供的振动台，本发明公开了一种振动台，包括外壳和内部的激振组件，激振组件包括：用于产生磁场的磁路装置；动圈骨架设置在磁路装置中，在磁场中上下运动，动圈骨架具有放置凹槽；转接件设置于放置凹槽中；激励线圈，沿动圈骨架的外周壁上径向缠绕，位于磁路装置产生的磁场中，横向固定装置，套设在动圈骨架上横向固定装置中设有空气轴承。本发明提供的振动台，与传统的挠性弹簧支撑结构相比，结构简单且能明显减小振动台的整体尺寸。同时在动圈骨架的外围固定一个空气轴承，向空气轴承注入高压气体，形成一块高强度的空气薄膜，可给动圈骨架提供很高的侧向刚度，减小动圈骨架的横向扰动，提高该振动台对加速度计的标定精度。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种振动台，其特征在于，包括：
用于产生磁场的磁路装置；
动圈骨架，设置在所述磁路装置中，并在所述磁路装置产生的磁场中沿所述动圈骨架的中心轴方向往复运动，所述动圈骨架具有放置凹槽，所述放置凹槽开口向上；
转接件，设置于所述放置凹槽中；
激励线圈，沿所述动圈骨架的外周壁上径向缠绕，位于所述磁路装置产生的磁场中；
横向固定装置，套设在所述动圈骨架上，位于所述磁路装置上方，所述横向固定装置中设有空气轴承。
2.根据权利要求1所述的振动台，其特征在于，所述空气轴承与所述动圈骨架之间留有预设距离的缝隙，所述缝隙中填充有气体薄膜。
3.根据权利要求2所述的振动台，其特征在于，所述横向固定装置还包括：壳体，所述空气轴承固定在所述壳体内。
4.根据权利要求3所述的振动台，其特征在于，所述壳体上开设有通气孔，利用所述通气孔使气体通过所述壳体通入所述空气轴承。
5.根据权利要求1所述的振动台，其特征在于，所述磁路装置包括：
下衔铁，所述下衔铁设置有下衔铁凹槽；
永久磁铁，设置于所述下衔铁凹槽中；
中衔铁，位于所述永久磁铁上方；
上衔铁，套设在所述动圈骨架上，覆盖所述下衔铁凹槽的开口。
6.根据权利要求5所述的振动台，其特征在于，所述下衔铁、所述永久磁铁、所述中衔铁和所述上衔铁产生的磁场围成闭合回路。
7.根据权利要求6所述的振动台，其特征在于，所述动圈骨架套设在部分的所述中衔铁上。
8.根据权利要求7所述的振动台，其特征在于，所述激励线圈包括：
直流激励线圈，沿所述动圈骨架的外周壁上径向缠绕，位于所述磁路装置产生的线性磁场中；
交流激励线圈，沿所述动圈骨架的外周壁上径向缠绕，位于所述磁路装置产生的匀强磁场中。
9.根据权利要求8所述的振动台，其特征在于，所述动圈骨架上具有：
第一凹槽，沿所述动圈骨架的外周壁的径向延伸，所述直流激励线圈位于所述第一凹槽中；
第二凹槽，沿所述动圈骨架的外周壁的径向延伸，并位于所述第一凹槽的下方，所述交流激励线圈位于所述第二凹槽中。
10.根据权利要求5所述的振动台，其特征在于，还包括：
支撑件，位于所述下衔铁的下方。
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