KR0162280B1

KR0162280B1 - 액티브 진동분리 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR0162280B1
Application number: KR1019950005026A
Authority: KR
Inventors: 더블류 슈베르트 데일; 마이클 비어드 앤드류; 프랭크 세드 스티븐; 리차드 얼스 쥬니어 마리온; 에이치 폰 플로토 안드레아스
Original assignee: 브라이언 알. 오도넬; 어플라이드 파워, 인코포레이티드
Priority date: 1994-04-04
Filing date: 1995-03-07
Publication date: 1998-12-01
Also published as: BR9501432A; JPH0854039A; CA2146200A1; DE69509819T2; EP0676558B1; DE69509819D1; EP0676558A1; IL112765A0; IL112765A; JP3729888B2; KR950033751A; US5823307A; US5660255A

Abstract

본 발명은 지지된 페이로드로부터 진동을 분리하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 센서와 보강 작동기를 이용한 액티브 진동분리 시스템에 관한 것이다. 이 액티브 진동분리 시스템(10)은 케이스(300) 내부의 소형 물체(18)를 지지하는 복수의 보강 작동기(12a,12b,12c; 284; 350)를 포함한다. 소형 물체(18)와 페이로드 질량체(M_p) 사이에는 패시브 분리기(20)가 설치된다. 보강 작동기가 압전모터인 경우, 케이스(300)의 측벽은 수평의 압전모터들 각각의 가변 길이를 따라 압축력을 가하여 그들에 대한 데미지를 방지하는데 이용된다. 속도센서(17)와 보강 작동기 사이에는, 무브-아웃-어브-더-웨이 시스템(10)에서 보강 작동기의 가변길이를 제어하여 공진 모드를 보상하기 위한 게인모듈(24)이 접속된다. 또한, 추가로 제어를 하기 위해 페이로드 질량체 속도센서(26) 및 관련 회로를 이용할 수도 있다. 모터에 작용하는 전단력을 최소화하도록 압전모터와 연관되어 전단 디커플러(282a,282b,282c,352,360)를 이용한다.

Description

액티브 진동분리 방법 및 시스템

제1도는 하나의 축을 따른 진동분리를 보여주는 시스템 모델의 개략도.

제2도는 액티브 진동분리 시스템의 각 섹션이 서로 어떻게 관련되는가를 보여주는 수학적 시스템 블럭도.

제3도는 제어된 보강 작동기에 본 발명의 센서를 연결하는 보상회로의 상세한 회로도.

제4도는 3차원 제어시에 센서와 보강 작동기 사이의 전기적 접속관계를 보여주는 개적인 회로도.

제5도는 2개의 축을 따른 분리를 보여주는 액티브 진동분리 시스템의 물리적 블럭도.

제6도는 액티브 진동분리 시스템의 제1실시예의 사시도.

제6a도는 제6도의 좌표도.

제7도는 제6도에 도시된 실시예의 평면도로서, 편의상 소정 부분들을 파단선으로 나타내고 상판을 생략한 도면.

제8a도는 제7도의 8a-8a선 단면도.

제8b도는 제7도의 8b-8b선 단면도.

제9도는 제7도의 9-9선 단면도.

제10도는 본 발명의 제2실시예의 분해 사시도.

제10a도는 제10도 및 11도의 좌표도.

제11도는 본 발명의 제2실시예의 조립상태의 사시도.

제12도는 제11도의 12-12선 단면도.

제13도는 제10도 및 11도의 평면도로서, 소정 내부 부품들을 파단선으로 나타낸 도면.

제14도는 본 발명의 제3실시예의 조립상태의 사시도.

제15도는 제14도에 도시된 실시예의 부품들의 분해 사시도.

제16도는 페이로드를 수용하도록 배치되어 사용자 인터페이스/콘트롤러에 접속된, 제14도 및 15도에 도시된 3개의 액티브/패시브 분리 시스템의 사시도.

제17도는 상대변위센서를 채용하는 본 발명의 제4실시예의 분해사시도.

제18도는 보상기능을 수행하기에 적당한 디지탈 회로를 보여주는 블럭도.

제19도는 외부 제어루프내의 절대속도센서를 이용한 보상 시스템의 대표적인 블럭도.

제20a도 및 20b도는 바람직한 내부루프 보상함수의 보데 도표.

제21a도 및 제21b도는 바람직한 외부루프 보상함수의 보데 도표; 및

제22도는 외부제어루프내의 상대변위센서를 채용한 시스템의 대표적인 블럭도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 액티브 진동분리 시스템 12 : 보강 작동기

16 : 스프링 18 : 소형 물체

20 : 패시브 분리기 22 : 합산 파워증폭기

24 : 개인모듈 26 : 센서

본 발명은 지지된 페이로드에서 진동을 분리하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 센서와 보강 작동기를 이용한 액티브 진동분리 시스템에 관한 것이다.

산업계에서는 진동을 분리할 필요성이 점점 증가하고 있다. 예컨대, 반도체 제조에 사용되는 자외선 스테퍼에서는 주변 진동이 점점 더 허용되지 않고 있다. 반도체 등의 제조공정이 점점 더 정밀해지기 때문에, 주변 진동을 억제할 필요성도 점점 증가하고 있다.

당 분야의 작업자라면 관성 공간에 대한 페이로드의 절대운동을 측정하기 위해 분리된 페이로드상에 음성코일 모터 등의 모터와 센서를 사용하는 이론적 액티브 진동분리 시스템에 대해 알고 있다. 지금까지, 이들 종래 기술의 개념과 구성에 의하면 페이로드 연결부가 감지된 출력에서 공진하여 안정성에 문제가 있기 때문에 충분히 실용화되지 않았다.

가장 간단한 압전식 액티브 진동분리 시스템에서는, 지지된 페이로드 질량체와 함께 압전모터의 스프링 강성에 의해 시스템의 공진주파수가 형성된다. 통상의 페이로드의 중량은 압전모터당 1000 1b의 범위에 있다. 통상의 압전모터의 스프링 강성계수는 약 1.5x10⁶1b/in이다. 이렇게 되면 문제가 되는 시스템의 공진주파수가 약 130cycle/sec이다. (분리가 필요한 주파수 범위에 대한) 상기 공진주파수에 의하면 실제의 액티브 분리 설계를 하는데 해결해야할 2가지 문제가 있다. 첫 번째 문제는, 액티브 진동분리를 약 1Hz까지 낮추려면 시스템의 궤한루프 게인이 상당히 높아야만 한다는 것이다. 또한, 안정성을 확보하기 위해 페이로드/모터 공진주파수에서 게인을 1이하로 낮추려면 게인을 여과해야만 한다. 종래의 설계에서는, 이와같이 필요한 게인을 얻기가 불가능했다. 둘째, 페이로드/모터 공진주파수에서 주변 진동을 크게 증폭해야만 하고, 이 주파수에서의 궤환 게인이 낮기 때문에, 이런 설계에서는 액티브 진동분리 시스템의 대부분의 이점이 상실된다. 따라서, 압전모터나 기타 보강 작동기상에 지지되는 실용적인 액티브 진동분리 시스템이 필요하다.

본 발명은 액티브 진동분리 시스템중에 페이로드 질량체와는 별도이고 탄성적으로 분리된 소형 중간 물체를 채택하여 종래의 문제점들을 해결한다. 이 소형 물체는 페이로드 질량체보다 질량이 적어도 1단위 작다. 압전모터 등의 하나 이상의 보강 작동기에는 소형 물체에 연결되는 제1표면과 바닥이나 케이스 등의 진동원에 연결되는 제2표면이 있다. 컵모양의 탄성중합체 분리기등의 패시부 분리기를 통해 페이로드가 소형 물체에 연결된다. 센서를 소형 물체에 접속하여 소형 물체의 운동함수로서 센서신호를 생성한다.

회로에서는 운동센서신호를 수신하고, 소정범위의 진동주파수와 페이로드 질량에서 시스템이 안정되도록 보상회로를 포함한다. 이 회로는 구동회로를 더 포함하는데, 이 구동회로는 보강 작동기에 연결되어 변형된 센서신호의 함수로서 보강작동기의 길이를 변화시킨다.

바람직하게도, 소형 물체는 X,Y,Z 축선 각각에서 진동으로부터 분리된다. 바람직한 실시예에서, 소형 물체는 케이스내에 수용되고, 적어도 하나의 보강 작동기에 의해 X,Y,Z각 방향에서 케이스에서 떨어져 있다. 보강 작동기가 압전모터인 경우에는, 모터가 인장응력으로 인해 파손되는 것을 막기 위해 수평으로 배치된 보강 작동기에 예비압축을 걸어준다. 바람직한 설계에서는, 케이스의 한쪽 측벽과 소형 물체 사이에 수평 또는 레이디얼 압전모터를 배치하고, 소형 물체의 다른쪽에는 압축 조립체를 배치하여 케이스로부터 소형 물체를 통해 압전모터에 압축력을 가한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 압전모터에 작용하는 전단응력을 제한하는 전단 디커플러를 이용해 소형 물체나 케이스에 보강 작동기를 각각 연결한다. 바람직한 실시예에서, 각 전단 디커플러는 압전모터의 단부에 인접한 제1보강판, 소형 물체나 케이스에 인접한 제2보강판, 및 이들 보강판 사이의 탄성중합체로 된 얇은 디스크 또는 웨이퍼를 포함한다.

본 발명의 또다른 특징에 의하면, 페이로드 질량체상에 장착된 센서로부터의 신호를 이용하는 다른 보상회로를 채택할 수 있다. 페이로드의 관성속도를 나타내는 이들 신호는 소형 물체 자체의 센서로부터의 여과된 속도신호와 결합되어 페이로드의 진동반응을 더욱 제어할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 본 발명에서 채택한 소형 물체 운동센서들은 지오폰이고, 이 지오폰은 설계의 편의와 기계역학의 이점 때문에 선택된다.

본 발명은 또한 패시브 분리기와 소형 물체와 모터 스프링 사이의 소정 공진주파수를 억제하는 보상회로의 일부로서 새로운 노치필터를 이용하면서도 이 보상회로의 게인은 증가시키지 않는다. 상기 회로에는 다른 공진모드를 보상하기 위한 다른 보상회로가 이용된다.

본 발명은, 우선적으로, 보강 증폭기와 무브-아웃-어브-더-웨이(move-out-of-thw-way) 진동계상에 지지된 실용적인 액티브 진동분리 시스템을 제공한다. 공진주파수를 증가시키는 소형 물체를 배치하고, 소형 물체에서 페이로드의 공진을 분리하고 액티브 분리 주파수 범위 밖의 패시브 분리를 제공하기 위한 패시브 분리기를 제공하며, 소형 물체로부터의 절대속도 신호 및 페이로드로부터의 운동신호에 의해 보강 작동기를 제어하는 보상회로를 제공하기 때문에, 본 발명은 궤환이 불안정할 위험 없이 주변으로부터 페이로드 질량체의 진동을 감소시킬 수 있다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.

제1도는 패시브/액티브 분리 시스템(10)의 개략적 모델이다. 제1도는 3차원중 하나에서의 액티브 진동을 고려한 모델이고, 설명의 편의상 간략화했다. 시스템(10)은 무브-아웃-어브-더-웨이(move-out-of-the-way) 액티브 진동분리 시스템일 수도 있다. 이 시스템에서 바닥(F)의 진동원은 보강 작동기(12)의 아랫면(9)과 함께 진동한다. 보강 작동기(12)의 윗면(14)은 바닥(F)의 운동을 0.01배로 움직이게 할 목적으로 거의 움직이지 않는다. 제1도의 모델은 절대변위 센서(17)(변위를 구하도록 적분되는 센서 신호 출력을 가진, 지오폰 등의 절대속도 센서)의 감도축을 따라서만 바닥면 진동을 분리하고, 상기 감도축은 보강 작동기(12)의 변위축과 평행하다. 압전 스태크(piezoelectric stack)등의 보강 작동기(12)나 모터는 본 모델에서 2개의 별도의 요소들을 포함한다. 첫 번째 요소는 인가된 제어신호의 함수로 변하는 축선에 평행한 길이를 갖는 스태크라 불리우는 보강요소이다. 보강 작동기(12)의 다른 요소는 스프링상수 K_S의 모터 스트링(16)이다. 압전모터를 이용한 바람직한 실시예에서, 스프링상수는 약 1.9x10⁶1b/in이고, 변위-전압 관계는 약 1x10⁶V/in이다.

바람직한 압전 스태크는 최대 상대 스태크 변위가 0.001 in이므로, 보강 작동기(12)를 ± 0.005in 움직이는데 약 500V의 전압이 필요하다. 움직임이 없도록 하려면 보강 작동기(12)에 500V DC를 인가하도록 전압을 조정한다. 이 바이어스 전압은 제로 전류를 필요로 하고 보강 작동기(12)를 최대 상대변위의 절반정도 미리 신장되게 한다. 전압이 상승 또는 하강하면 보강 작동기(12)도 그에 맞게 신장 또는 수축된다. 보강 작동기(12)는 0V에서 완전히 수축된 상태에 있고 1000V에서 완전히 신장된 상태에 있다. 인가된 전압에 대한 신축은 거의 선형적이다.

시스템(10)은 페이로드 질량체(M_p)의 중량(500-20001b)을 지지하도록 설계되었다. 이 모델에서, 페이로드 질량체(M_p)는 중량 1000 1b에서 2.6 1b/in/sec²로 선택된다. M_p의 값은 구조적 실시예에서 후술하는 각각의 보강 작동기(12)에 대해서 대략 상기와 같다. 따라서, 본 시스템의 공진주파수를 유도할 수 있다. M_p의 페이로드를 보강 작동기(12)로 직접 지지하면, 시스템의 공진주파수는 대략 130 cycle/sec이다. 이렇게 되면 2가지 문제점을 야기한다. 첫째, 원하는 진동 분리를 얻기에는 시스템의 게인이 너무 높고, 한편으로 이 게인은 여과되어서 페이로드/모터 공진주파수 F_n(130 cycle/sec)보다 낮아야만 한다. 보강 작동기(12)로부터 보상된 속도신호출력으로 입력된 완전한 루프 게인은 99정도로 높아야만 한다. 이런 게인에서는 F_n보다 낮은 주파수를 얻기가 불가능하다. 둘째, 보정이 없다면 시스템 증폭기는 페이로드/모터 공진주파수에서 크게 진동하게 되고 액티브 분리의 대부분의 이익을 상실한다.

본 발명은 M_s의 값을 갖는 소형 물체(18)를 중간에 두어 이 문제를 해결한다. 질량 M_s는 시스템(10)이 지지하거나 분리하도록 설계된 질량 M_p보다 적어도 한 단위 작아야만 하고, M_s/M_p는 1/50-1/200이 바람직하다. 본 실시예에서, M_s는 10 1b이고 M_p는 약 1000 1b이다.

소형 물체(18)는 보강 작동기(12) 바로 위에 놓인다. 이렇게 하면, 압전모터 스프링상수 K_s와 관련된 공진이 거의 1000 cycle/sec정도로 매우 높아진다. 소형 물체(18)의 무게가 약 10 1b이면, 소형 물체와 보강 작동기(12)의 공진주파수는 약 1000 cycle/sec이다. 소형 물체(18)와 페이로드 질량체(M_p)사이에 탄성 패시브 진동분리기(20)를 설치한다. 이 분리기(20)의 댐퍼요소 상수 C_i는 30으로, 스프링 상수 K_i는 32로 도시되어 있다. 이런 구성에서는 궤환게인이 매우 고주파로 될 수 있는데, 이는 패시브 분리기(20)가 매우 높은 주파수에서 패시브 진동분리를 하기 때문이다. 패시브 분리기(20)는 약 20 cycle/sec의 페이로드 질량 M_p로 하중을 받을 때 공진주파수를 발생하도록 선택된다.

본 시스템은 합산파워 증폭기(22)를 이용해 보강 작동기(12)의 신축을 제어한다. 합산파워 증폭기(22)는 보강 작동기(12)에 가변 전압을 인가하는바, DC 500V가 안정상태에서 보강 작동기(12)에 인가된다. 소 질량 속도센서(17)에서는 소형 물체(18)의 절대변위를 얻기위해 적분되는 신호가 발생된다. 이 센서의 신호는 센서(17)로부터 게인 모듈(24)로 전달되고, 여기서 신호가 적분되어 변위를 얻고 게인을 상승시킨다. 증폭된 변위센서 신호는 합산 파워 증폭기(22)로 전달되고, 이 증폭기에는 후술하는 보상회로가 다수 있다.

액티브 진동분리 시스템(10)에서 분리되어 지지된 대부분의 페이로드 질량체(M_p)에는 그 페이로드 질량체(M_p)에 작용하여 진동을 일으키는 힘을 발생시키는 기계적 가동 부품들이 있다. 따라서, 분리 시스템(10)은, 페이로드에 생기는 힘에 의해 페이로드가 움직이지 않게 하는 것이 바람직하다. 시스템(10)의 패시브 특성을 향상시키기 위해, 액티브 진동분리 시스템(10)에 제2운동 센서(26)를 추가한다. 절대적 속도센서나 상대변위센서일 수 있는 페이로드 질량 절대운동 센서(26)에서는 게인 스테이지(28)에서 증폭되는 신호를 발생시킨다. 이 증폭신호는 센서(17)로부터의 상태신호와 합해지므로, 합산 파워 증폭기(22)로의 입력은 센서(17)와 센서(26)에 따라 다르다. 절대적 페이로드 질량체 속도루프와 절대적 소형 물체 변위루프를 둘다 고려하면, 분리되어 지지되는 페이로드 질량체(M_p) 둘레의 합력은,

상기 관계식은 라플라스법으로 표시된다. X는 분리되어 지지된 페이로드의 운동량, F_p는 페이로드에 작용하는 힘(통상적으로 중력), V는 소형 물체(18)의 운동량이다.

소형 물체(M_s)는 스프링(K_i)과 댐퍼(30)에 의해서는 물론 압전모터 스프링(16)에 의해 작용된다. 소형 물체(18)주변의 합력 관계식은 다음과 같다.

U를 모터의 스프링(K_s)의 축방향의 바닥면(F)의 운동량, Z를 압전 스태크(14)윗면의 운동량이라 한하면, 절대속도 궤환 관계식은 다음과 같다.

상기 관계식에서, C_d는 절대변위 센서 궤환루프로부터의 게인이고, C_v는 절대속도 센서 궤환루프로부터의 게인이다.

전체적인 시스템 동작은 값을 구하기에 너무 복잡한 미분방정식이므로 완전한 전달함수로 나타내지 않았다. 대신, 제2도에 시스템 블럭도를 도시하였다. 제2도는 전체 액티브 진동분리 시스템의 각 구간 사이의 관계를 보여주는 라플라스 변환 블럭도이다.

제1도에서, 게인모듈(24)은 절대 속도센서(17)와 합산 파워증폭기(22)사이의 보상/게인 회로이다. 센서(17)는 서보-가속도계 또는 지오폰일 수도 있다. 지오폰은 강성이 매우 낮은 기계식 스프링에 지지되고 자기장이 통과하는 와이어 코일로 구성된다. 지오폰에 자석이 있을 경우, 코일을 통과하는 자기장의 세기와 코일내의 와이어의 권선수에 대한 자기장 때문에 코일의 상대속도에 비례하는 전압이 코일에 유도된다. 지오폰은 저렴하고 소음이 낮으며 감도가 높다. 게인모듈(24)과 합산 파워 증폭기(22)의 일부분은 센서(17)가 지오폰이고 제3도에 상세히 도시되어 있는 경우에 대해 나타나 있으며, 제3도는 각종 보상 스테이지의 개략적 회로도이다. 제3도는 게인모듈(24)의 아날로그 예를 도시한 것이지만; 아날로그 회로와 같은 기능을 하기만 하면 디지탈 회로와 디지탈 신호처리로 가능하다.

지오폰 출력은 입력(70)에서 나타난다. 입력(70)에서 나타나는 신호는 소형 물체의 변위에 관련된 전압신호로 다음과 같다.

이 관계식에서, C_g는 지오폰의 모터 상수로 단위 V/in/sec이다. W_g는 서스펜션 스프링상의 지오폰 코일의 공진주파수이다. 변위는 소형 물체(18)에 고정된 지오폰의 변위이다. 지오폰의 특성방정식은, 지오폰 코일 질량과 스프링 시스템에 작용하는 댐핑이 임계값이라는 것을 지적한다. 게인모듈(24)의 입력(70)에 나타나는 신호는 상기 전달 함수에 의해 측정된 지오폰의 절대속도 값이다. 그러나, 코일 질량 스프링 시스템에 가해진 댐핑이 정확히 임계값일 필요는 없고 약 0.7-2.0의 지오폰의 임계 댐핑의 일부로도 본 발명에 따른 액티브 진동분리 시스템 센서의 조건을 충족할 것이다.

적분지연 네트웍으로도 알려진 적분기 스테이지(80)는 모든 아날로그-디지탈 컨버터 앞에 설치해야만 하는데, 이는 적분되지 않은 속도신호가 평균(RMS)신호레벨보다 여러 데시벨 밑에 있는 작은 저주파 진동 진폭을 만드는 큰 고주파 진폭을 갖기 때문이다. 입력(70)에서의 적분기 스테이지(80)의 동작은 다음과 같이 표시될 수 있다.

이 관계식에서, T_i=T_iC이고, R_i는 스테이지(80)의 등가 직렬저항이며, C_i는 저항 뒤에 있고 출력 앞에 있는 접지까지의 등가 커패시턴스이다.

액티브 진동분리 시스템을 안정시키기 위해, 지오폰은 전달함수(관계식 4)에 의해 고유 저주파 게인 롤오프(rolloff)로 4.5Hz의 공진주파수를 준다. 지오폰에 고유한 이런 저주파 롤오프 특성이 없으면, 게인모듈(24)에 2개 이상의 보상 스테이지가 추가로 필요할 것이다.

입력(70)과 대지 사이에는 0.01μF 정도의 용량을 갖는 소형 커패시터(72)를 연결한다. 입력(70)과 대지 사이에는 예비증폭기 과전압 보호장치로서 다이오드(74,76)를 연결한다.

게인모듈(24)은 파단선으로 둘러싸인 여러개의 연속 스테이지로 조직되어 있다. 제1스테이지(80)는 입력(70)에 나타나는 속도신호를 적분하여 소형 물체(18)의 변위신호를 구하고(제1도 참조) 또 상당한 게인(여기서는 15,000으로 선택함)을 제공하도록 설계되어 있다. 이것은 비반전 연산증폭기(82)의 도움으로 실행되는데, 이 증폭기의 양극 입력에서는 지오폰 입력(70)을 수신한다. 출력 노드(86)와 증폭기(82)의 음극 입력(88)사이에는 궤환 저항기(84)가 접속된다.

비반전 증폭기는 지오폰 센서(17)에 부하를 주지 않도록 사용된다. 노드(88)와 대지 사이에는 저항기(90)를 연결한다. 15,000의 DC 게인을 얻기 위해, 저항기(82)는 15kΩ으로, 저항기(90)는 1Ω으로 한다. 노드(86,88)사이에는 1kΩ의 저항기(92)와 220μF의 커패시터(94)를 직렬로 접속하는 것이 좋다. 예컨대 100pF정도의 낮은 값의 커패시터(96)를 통해 노드(86)를 대지에 연결한다.

또다른 저항기(98)를 통해 노드(86)와 노드(100)를 접속하고, 노드(100)는 스테이지(80)의 출력으로 작용한다. 노드(100)와 대지 사이에는 220μF 정도의 커패시터(102)를 접속한다.

연산증폭기(82)에 의해 절반의 적분이 행해진다. 스테이지(80)에서 행해지는 나머지 적분은 저항기(98)와 커패시터(102)가 함께 한다. 스테이지(80)에서의 신호증폭을 가능한한 많이 하여, DC 오프셋 전압과 플리커가 다음 스테이지들에서 증폭되지 않게 하는 것이 바람직하다.

다른 대부분의 디지탈 설계에서도, 초기에는 아날로그 스테이지(80)를 구비하는 것이 훨씬 바람직하다. 이것에 의해 마이크로볼트가 볼트로 증폭되어, 아날로그-디지탈 컨버터가 충분히 읽을 정도로 신호전압이 높아진다. 제3도에 도시된 보상회로의 나머지 스테이지들은 디지탈일 수 있고, 예컨대 디지탈신호 프로세서내의 일련의 프로그램 단계로 대체할 수 있다.

노드(100)는 제2스테이지(110)의 입력 역할을 한다. 스테이지(110)는 절대변위 센서(17)로 지오폰 사용을 고려하는 저주파 보상 스테이지이다.

0.2cycle/sec의 목표 주파수에서 게인 1을 통과하려면, 오픈 루프 게인의 변화율이 0.2Hz 주파수 영역에서 6dB/octave이어야 한다. 이렇게 하기 위해, 래그-리드(lag-lead) 회로망을 사용할 수도 있다. 래그-리드 회로망(110)은 저주파에서 게인이 1로 된 다음, 회로중의 래그 부분으로 인해 네거티브 6dB/octave로 감쇠되고, 결국 회로의 리드 부분으로 인해 고주파에서 게인 1보다 낮은 일정 게인까지 낮아진다. 스테이지(110)의 저주파 보상함수는 다음과 같다.

제3도의 스테이지(110)에서, 커패시터(116)를 통해 노드(114)와 저항기(118)가 접속된다. 저항기(118)는 커패시터(116)와 대지 사이를 접속한다. 저항기(112), 커패시터(116) 및 저항기(118)가 래그-리드 회로성분을 구성한다. 관계식 (6)에서 T_c2=R₁₁₈C₁₁₆이고, T_c1=(R₁₁₂+R₁₁₈)C₁₁₆이다. 본 실시예에서, 저항기(112)는 14kΩ이고, 커패시터(116)는 220μF이며, 저항기(118)는 720Ω이다.

노드(114)는 연산증폭기(120)의 양극 입력에 접속된다. 노드(114)는 2200pF의 커패시터(122)를 통해 대지에 접속되기도 한다. 이 커패시터에 의해 노이즈가 제거된다. 연산증폭기(120)의 출력노드(124)는 다시 15kΩ의 저항기(128)을 통해 음극 입력(126)에 접속된다. 저항기(130)를 통해 노드(126)가 접지된다.

스테이지(110)의 DC 게인은 저항기(128)의 값을 저항기(130)의 값으로 나눈 값 플러스 1이다. 본 실시예에서와 같이, 저항기(130)의 값이 681Ω이면, DC 게인은 23이다. 스테이지(110)는 커패시터(102)와 커패시터(116)의 상호작용 때문에 관계식(6)에서 주어진 이상적인 저주파 보상값에서 출발한다.

노드(124)와 대지 사이에는 소형 커패시터(132)를 배치하는 것이 바람직하다.

스테이지(140)는 게인이 6인 DC전압 차단 스테이지이다. 상기 스테이지(140)는 전달함수로서 S/S+W₁을 갖고 S는 라플라스변환 연산자이고 W₁은 0.3Hz의 주파수이다. 노드(124)의 입력으로부터, 220μF의 커패시터(142)가 노드(144)에 접속되고, 노드(144)는 저항기(146)를 통해 접지된다. 노드(144)은 연산증폭기(148)에 대한 양극입력 역할을 한다. 출력노드(150)는 비교적 소형의 (100pF) 커패시터(152)를 통해 접지된다. 궤환 저항기(154)를 통해 연산증폭기(148)의 음극입력노드(156)에 출력노드(150)가 접속된다. 저항기(158)를 통해 노드(156)가 접지된다.

커패시터(142; 220μF)와 저항기(146; 15kΩ)는 함께 DC 차단 기능을 한다. 스테이지(110,160,180,210,230,250)가 디지탈인 경우(도시안됨), 모든 아날로그/디지탈 컨버퍼(도시안됨) 앞에 DC전압 차단 리드 스테이지(140)를 배치하여 컴퓨터 입력의 완전한 동적 범위를 보장하는 것이 바람직하다. 도시된 스트레이트-아날로그 예에서는, 속도 적분/증폭 스테이지(80)뒤에 DC 전압 차단 스테이지(140)를 두어 보상회로에서의 게인이 절반인 이후에 DC전압이 차단되도록 하였다.

스테이지(160,180)는 패시브 분리기의 공진주파수 영역에 위상 리드를 더하도록 설계되었다(제1도 참조). 노드(150)는 증폭기(162)의 양극입력에 접속된다. 증폭기(162)의 출력노드(164)는 100kΩ의 저항기(166)를 통해 노드(168)에 접속된다. 노드(168)는 연산증폭기(162)의 음극입력에 접속된다. 0.39μF의 커패시터(170)와 100kΩ의 제2저항기(172)를 통해 노드(168)가 접지된다. 100pF의 소형 커패시터(174)를 통해 노드(164)가 접지된다.

스테이지(160)는 시정수 C₁₇₀R₁₆₆또는 0.039초에서 제로를 생성한다. 스테이지(160)는 또한 C₁₇₀*{R₁₆₆R₁₇₂/(R₁₆₆+R₁₇₂)} 또는 약 0.0195초에서 극(pole)을 생성하고, 적어도 40도의 주파수 영역에서 센서 신호의 위상 시프트를 초래한다. 스테이지(160)에 의해 생긴 실수극과 제로 대신에, 복소수 극과 복소수 제로를 생성하는 대체회로를 제공할 수도 있다.

다음 스테이지(180)에서, 노드(164)는 저항기(182)를 통해 노드(184)에 접속되고, 노드(184)는 0.001μF 커패시터(186)를 통해 접지되고 연산증폭기(188)의 양극입력에도 접속된다. 연산증폭기(188)의 출력노드(190)는 저항기(192)를 통해 음극입력노드(194)에 접속된다. 노드(194)는 직렬 커패시터(196)와 저항기(198)를 통해 접지된다. 100pF의 소형 커패시터(200)를 통해 노드(190)가 접지된다. 저항기(192,198)의 값은 100Ω이고 커패시터(196)의 값은 0.39μF이다. 저항기(182)의 값은 33.2kΩ이고 커패시터(186)의 값은 0.001Ω일 수 있다. 저항기(182)와 커패시터(186)는 공통으로 고주파에서 노이즈 제거 필터로 작용한다. 스테이지(160)와 마찬가지로, 스테이지(180)는 동일한 각각의 시정수에서 다른 극과 다른 제로를 발생시킨다.

스테이지(160,180) 둘다 DC 게인은 1이지만, 커패시터(170,196) 때문에 고주파 게인은 약 2이다. 2개의 스테이지(160,180)는 45-50도 정도 위상을 시프트하는데 이용된다.

스테이지(210)는 1에서 10까지의 게인조정 스테이지이다. 레지스터(212)는 스테이지(180)의 출력을 노드(214)에 접속하고, 노드(214)는 연산증폭기(216)의 음극입력 역할을 한다. 연산증폭기(216)의 출력노드는 100pF의 소형 커패시터(220)를 통해 접지된다. 노드(218)는 저항기(222)를 통해 0-50kΩ의 가변저항기(224)에 접속된다. 저항기(222)는 5kΩ의 값을 가진다. 저항기(226)를 통해 연산증폭기(216)의 양극입력이 접지되는데, 이 저항기의 값은 1kΩ이 바람직하다. 입력 오프셋전류의 영향을 최소화하려면, 저항기(226)의 임피던스와 연산증폭기(216)의 궤환 임피던스를 대략 같게 한다.

고주파 영역에서의 게인을 낮추기 위해 게인모듈에 다음 스테이지들 (230,250

)을 추가한다. 그 이유는 다음과 같다. T_C2가 동작하는 주파수(약 0.5 cycle/sec)이상에서, 게인모듈(24)의 개방루프 전달함수의 게인은 지오폰의 공진주파수가 약 4.5cycle/sec에 이를 때까지 12 dB/octave의 비율로 증가한다. 이 주파수 이상에서, 개방루프 전달함수 게인은 약 100정도로 일정해질 때까지 증가한다. 이렇게 될 경우, 또 본 발명의 액티브 진동분리 시스템의 기계적 요소들이 완전히 이상적이고 강성이라고 하면, 개방루프 게인은 아주 고주파에서는 100으로 될 것이다. 공진주파수는 약 1500Hz이고 게인이 1로 되는 포인트는 약 350Hz로 설정된다.

그러나, 고주파일 경우 소형 물체(18)(제1도 참조)는 2,000Hz에서 공진하고 압전모터 스프링(16)과 소형 물체의 공진은 약 700Hz에서 있게 된다. 지오폰 센서(17)와 시스템 바닥은 다른 고주파에서 공진한다. 이들 공진주파수 영역에서 개방루프 게인이 일정한 크기 100으로 있을 수 있다면, 불안정한 상태가 되어, 상기 공진주파수 부근에서 시스템이 진동한다.

따라서, 게인모듈(24)의 고주파 루프게인은 상기 최저 공진주파수보다 밑에 있어야 하고, 이 경우 최저 공진주파수는 소형 물체(18)와 스프링요소(16)에 대해 약 700cycle/sec이다. 고주파 공진에서 어느 정도 증폭을 허용하면, 루프게인은 1을 교차해야만 하고 700Hz까지 증가하는 주파수에 대해 빠른 속도로 강하되어야 한다.

바람직하게, 그후의 신속한 강하와 함께 게인 1은 약 350 cycle/sec에서 달성되어야 한다. 고주파 게인 감소는 다음과 같이 표시된다.

T_C3는 0.00314초이다. 스테이지(230,250)의 공통 효과는 -12 dB/octave의 비율로 개방루프게인을 50cycle/sec로 낮추는데 있다.

도시된 아날로그 스테이지(230)에서, 저항기 (232)는 스테이지(210)의 출력노드(218)를 연산증폭기(236)의 입력노드(234)에 접속한다. 연산증폭기(236)의 제2입력은 저항기(238)를 통해 접지되고, 저항기(238)의 값은 100kΩ이다. 연산증폭기(236)의 출력노드(240)는 저항기(242)를 통해 입력노드(234)에 접속된다. 노드(240)는 커패시터(246)와 직렬인 저항기(244)를 통해 노드(234)에 접속된다. 100pH정도의 비교적 소형 커패시터(248)를 통해 출력노드(240)가 접지된다. 바람직하게, 커패시터(246)는 0.22μF, 저항기(244)는 1700Ω, 저항기(242)는 100kΩ이다. 이들 조합에 의해 0.022초에서 극이 생기고 3.74 X 10^-10초에서 제로가 된다.

스테이지(250)의 요소는 스테이지(230)의 요소와 대략 비슷하다. 저항기(252)는 스테이지(230)의 출력노드(240)를 연산증폭기(256)의 입력노드(254)에 연결된다. 연산증폭기(256)의 제2입력은 저항기(258)를 통해 접지된다. 연산증폭기(256)의 출력노드(260)는 저항기(262)를 통해 입력노드(254)에 접속된다. 노드(260,254)는 커패시터(264)와 저항기(266)를 거쳐 직렬로 접속된다. 저항기(252,258,262,266)와 커패시터(264)의 바람직한 값은 스테이지(230)의 대응 저항기와 커패시터와 같은 값을 갖는다. 100pF의 소형 커패시터(268)를 통해 출력노드(260)가 접지된다. 두번째 스테이지는 이 값을 제곱하여

로 원하는 보상함수를 얻는다.

본 실시예에서는 패시브 분리기(20)와 압전모터의 강성 때문에 레이디얼 방향으로는 약 300Hz에서, 소형 물체(18)와 페이로드 질량(M) 사이의 Z 방향으로는 700Hz에서 공진모드가 존재함을 발견하였다. 이 진동모드는 노치필터 스테이지(400)에 의해 억제된다. 또한, 스테이지(400)의 노치는 약 300Hz이다.

10kΩ의 저항기(402)에 의해 노드(260)는 연산증폭기(406)의 음극입력 기능을 하는 노드(404)에 접속된다. 10kΩ의 저항기(408)를 통해 연산증폭기(406)의 양극입력이 접지된다. 연산증폭기(406)의 출력(410)은 10kΩ의 저항기(412)를 통해 입력노드(404)에 다시 접속된다. 저항기(402,412)의 값 때문에, 머더 증폭기 스테이지(406)의 게인이 1에 가까워진다. 노드(410)는 스테이지(400)의 출력노드 기능을 하고 제1도의 압전모터 합산 파워 증폭기(22)에 연결된다.

스테이지(400)의 나머지 회로는 입력노드(404)와 출력노드(410)를 가로질러 접속된다. 전위차계(414)의 제1단부는 노드(410)에 접속되고 제2단부는 노드(416)에 접속되며, 와이퍼는 연산증폭기(418)의 음극입력에 접속된다. 10kΩ의 저항기(420)를 통해 연산증폭기(418)의 양극입력이 접지된다. 연산증폭기(418)와 전위차계(414)와 저항기(420)의 목적은 루프 둘레에 공급된 신호의 게인을 저항기(412)에 병렬로 설정하는데 있다.

10kΩ의 저항기(422)에 의해 노드(416)가 입력노드(424)에 접속된다. 입력노드(424)는 연산증폭기(426)의 음극입력에 접속된다. 1kΩ의 저항기(428)를 통해 연산증폭기(426)의 양극입력이 접지된다. 0.047μF의 커패시터를 통해 연산증폭기(426)의 출력노드(432)가 입력노드(424)에 접속된다. 노드(432,424) 역시 5kΩ의 전위차계(434)와 1kΩ의 저항기(436)를 통해 접속된다. 전위차계(434)의 와이퍼는 저항기(436)를 통해 노드(424)에 접속되고, 이 전위차계의 일단은 접지되며 타단은 노드(432)에 접속된다. 연산증폭기(426)와 관련 요소들(428,430,436,434)이 제1적분기 스테이지를 형성한다. 전위차계(434)는 노드(410)에 나타나는 출력 스펙트럼의 노치의 깊이를 설정한다.

노드(432)는 10kΩ의 저항기(437)를 통해 노드(438)에 연결되고, 이 노드(438)는 연산증폭기(440)의 음극입력 역할을 한다. 연산증폭기(440)의 양극입력은 1kΩ의 저항기(442)를 통해 접지된다. 연산증폭기(440)의 출력노드(444)는 0.047μF의 커패시터(446)를 통해 입력노드(438)에 접속된다. 연산증폭기(440)와 관련 요소들(442,437,446)은 제2적분기 스테이지를 구성하는데, 이들은 연산증폭기(426)를 포함한 제1적분기 스테이지와 함께 공진상태를 발생시킨다. 출력노드(432)의 전압이 소정 주파수 범위일 때는 공진하고, 머더 증폭기(406)에 의해 생긴 게인을 전체적으로 낮출 것이다. 노드(432)는 4.99kΩ의 저항기(448)를 통해 연산증폭기(406)의 신호입력노드(404)에 다시 연결된다.

노드(444)는 전위차계(450)의 일단에 연결된다. 전위차계(450)의 와이퍼는 연산증폭기(542)의 음극입력에 접속된다. 연산증폭기(542)의 양극입력은 저항기(454)를 통해 접지된다. 본 실시예에서 전위차계(450)는 5kΩ이고, 저항기(454)는 1kΩ이다.

전위차계(450)의 타단은 연산증폭기(452)의 출력노드(456)에 접속된다. 연산증폭기(452)와 관련 요소들(450,454)은 게인을 갖는 반전증폭기로 작용한다. 전위차계(450)를 조정하면, 출력(410)에 나타나는 노치의 주파수가 변한다. 노드들(404,410)사이의 2차 루프의 게인이 높을수록, 노치의 폭도 넓어진다. 노드(456)는 10kΩ의 저항기(458)를 통해 노드(424)에 접속된다.

노치필터 스테이지(400)는 게인이 1이상으로 되지 않는 이점을 갖는다. DC 게인이 1이고 초기주파수에서의 게인도 1이다. 노치 주파수는 전위차계(450)에 의해 조정된다. 노치의 깊이는 전위차계(434)에 의해 조정된다. 노치의 폭은 전위차계(414)에 의해 조정된다.

제6도 및 내지 13도의 실시예에서는, 보강 작동기(12)에 추가 궤환 루프를 제공하도록 지오폰(26)등의 페이로드 절대속도 센서를 이용한다(제1도 참조). 이 센서를 채용하면, 보상신호가 노드(270)에 추가된다. 페이로드 속도신호 증폭 스테이지는 참조부호(460)로 가상선으로 도시되어 있다.

이런 임의의 절대속도 루프의 폐루프 운동방정식은 다음과 같다.

여기서, X는 페이로드 질량체(M_P)의 운동량, U는 바닥면의 운동량, W_i는 패시브 분리기와 페이로드의 공진주파수, G_v는 보상함수, C_v는 폐루프 게인, S는 라플라스 변환 연산자이다. 상기 관계식은 지오폰의 전달함수를 통일적으로 설정하는 단순화된 형태로 표시되어 있다. 이것은, 지오폰의 공진주파수 W_g가 액티브 절대속도 제어에 적극적인 주파수대 밑으로 낮아지기 때문에 실행 가능하다.

전달함수 특성방정식의 허수부는이어야 하고,는 임계댐핑의 패시브 분리분이다. 보상함수 G_v는 임계댐핑의 패시브 분리분이다. 보상함수 G_v는 상수로 설정된다.는 다음과 같이 구할 수 있다.

패시브 분리기는 탄성중합 구조로 된 것이 바람직하다.의 값은 상수가 바람직하고, 페이로드 질량체(M_P)(본 실시예에서는 최대값이 2000 1b임)에 의한 응력을 받는 상태에서의 탄성중합체의 W_i=2π20 rad/sec이므로, C_v는 약 0.01 1bs/in/sec이다.

압전모터를 0.0001in 움직이는데 필요한 전압은 100V이고 ; 지오폰 눈금은 1.5 V/Vin/sec이다. 원하는 루프게인을 달성하는데 필요한 물리적 게인은 100/1.5 또는 67이다. 이런 작은 크기의 게인에서는, DC 차단 스테이지가 불필요하다.

67이란 물리적 증폭 게인은 적당한 저항값을 선택하면 스테이지(460)에 의해 달성된다.

지오폰 공진주파수 4.5 cycle/sec에서, 페이로드 절대속도 제어 개방루프 게인은 0.0015이고, 100 cycle/sec의 주파수에서는, 페이로드 속도제어루프용 개방루프 게인이 0.0033이다. 이들 게인을 둘다 낮으며, 주파수가 패시브 분리기의 공진주파수보다 높아지거나 낮아질수록 게인도 더 낮아진다. 4.5Hz와 100Hz에서의 낮은 게인 스테이지는, 페이로드 절대속도 센서(26)로부터 합산 파워증폭기(22)까지 회로에 삽입될 복잡한 보상회로망이 불필요하다는 것을 나타낸다. 따라서, 오로지 하나의 증폭 스테이지(460)가 필요하게 된다. 복잡하고 큰 내부 공진을 갖는 페이로드에 대해서는, 궤환 루프내에 2개 이상의 극의 삽입과 같은 더 복잡한 필터링이 필요할 수 있다.

제3도의 회로는 전적으로 아날로그이다. 동일한 신호변경을 여러 알고리즘을 이용해 디지탈식으로 할 수도 있고, 이들 디지탈 방법은 전술한 아날로그 회로와 완전히 동일하여야만 하는데,로 이는 상기 함수들을 디지탈식으로 실현하는 당업자들의 능력범위에 있다.

게인모듈(24)은 절대변위 센서(출력이 일단 적분된 절대속도 센서가 바람직하고 ; 게인모듈(24)은 이런 적분을 행하는 것으로 설명되었음)와 (임의의) 1방향 운동용 절대속도 센서로부터의 신호들을 조정하는데 이용된다. 후술하는 바와같이, 본 발명의 시스템은 3방향 각각의 진동을 보상한다. 게인모듈(24)은 다른 방향의 진동보상 각각을 단순히 반복한다. 다른 실시예(도시안됨)에서는 개개의 게인모듈 대신에 멀티 액티브 결합식 게인모듈을 사용한다.

제4도는 3차원 시스템용 지오폰, 보상회로 및 보강 작동기 사이의 전기접속을 보여주는 회로도이다. 전자식 제어기(470)에는 게인모듈(24)이 있고, 이 모듈은 제3도에서 구체적으로 설명된 것이다. 회로(472,474)은 게인모듈(24)이 중복된 것이다.

게인모듈(24)은 Z 또는 상하 페이로드 지오폰센서(26)와 Z 소질량 지오폰 센서(17)로부터의 센서입력을 수신하도록 배치된다. 이 모듈은 복수의 수직 보강 작동기(12a,12b,12c) 각각으로 제어신호들을 병렬을 출력한다. 보상/제어 회로(472)는 X축 방향의 페이로드의 움직임을 감지하는 X 지오폰(323)으로부터의 센서신호들을 수신 한다. 이 회로는 또한 소형 물체의 X방향의 운동을 감지하는 X지오폰(502)으로부터의 센서신호들을 수신한다. 이들 센서신호들로부터 제어신호를 유도하여 X 레이디얼 보강 작동기 또는 압전모터(284)로 전달한다.

보상/제어 회로(474)는 Y 페이로드 지오폰(325)와 Y 소형 물체 지오폰(506)으로부터 입력들을 수신한다. 이들 지오폰으로부터 수신한 신호들을 기본으로, Y 보상/제어 회로(474)는 압전모터(350)에 제어신호를 보낸다. 주지하다시피, 센서/모터 구성에서는 전자 누화가 없으며 , 후술하는 다양한 전단분리에 의해 물리적 누화를 조작할 필요가 없어진다.

전술한 바와같이, 본 발명의 보상회로는 아날로그가 아닌 디지탈 형태로 실현될 수도 있다.다. 제18도는 제3도의 아날로그 회로를 대신할 수 있는 디지탈 보상회로의 고레벨 블럭도이다. 신호조절기(800)는 입력(803)에 나타나는 6개의 센서신호들(X,Y,Z 방향으로 각각 2개색) 각각을 완충 및 증폭한다. 이들 센서신호중 3개는 소형 물체 부근의 운동센서에서 온 것이고 ; 외부 제어루프도 사용된 경우 나머지 3개 센서 신호들은 페이로드 질량체와 연관된 센서에서 보내진다. 신호조절기(800)는 이들 신호들을 완충 및 증폭시킨 다음 샘플/홀드 회로(803)로 보낸다. 샘플/홀드 신호는 적당한 간격으로 아날로그/디지탈 컨버터(804)로 보내진다. 아날로그/디지탈 컨버터(804)는 디지탈 신호들을 멀티플렉서(806)로 보내고, 이곳에서는 6개 신호중 디지탈 신호프로세서(808)로 보내기 위한 하나의 신호를 선택한다. 본 실시예에서, 디지탈 신호 프로세서는 한번에 하나의 신호를 처리하고 ; 물론 병렬 처리를 이용할 수도 있다. 디지탈 신호 프로세서(808)는 입력에 나타나는 신호들을 여과하여 압전모터에 적당한 제어신호들을 유도하는데 필요한 신호보상을 실행한다. 3개 방향에서 선택된 하나의 방향에 대한 디지탈 제어신호가 디지탈 신호 프로세서(808)로부터 디멀티플렉서(810)로 출력되고, 디컬티플렉서에서는 3개 라인들(812)에서 선택된 하나의 라인상의 디멀티플렉스된 신호를 디지탈/아날로그 컨버터(814)로 보낸다. 디지탈/아날로그 컨버터(814)는 아날로그형 제어신호들을 발생시키고, 이 신호들은 저역통과필터(816)로 보내진다. 여과된 제어신호들은 고전압 증폭기(818)로 보내지고, 이 증폭기를 통해 증폭된 신호들이 출력(820)을 통해 압전스태크로 보내진다.

제19도는 액티브/패시브 진동보상시스템의 구조와 보상회로에 의해 실시되어야 하는 내외부 제어루프들을 결합 도시한 블럭도이고, 3개 방향중 한 방향만 도시되어 있다. 제19도는 페이로드 질량의 절대속도를 이용하는 외부 루프를 채용한 경우에 대해 보여준다. 입력함수 _in은 진동하는 바닥면에 의한 바닥면 요동 변위를 나타낸다. 관성변위 _c는 압전모터 스태크에 의해 생긴 것이고, 이것이 노드(830)에서 _i를 얻도록 무브-아웃-어브-더-웨이 방식으로 _in에서 감해지며, _i는 중간질량체의 관성변위이다. 본 발명의 목적은 _i를 최소화하는데 있다.

블럭(832)은 변위와 속도의 차를 나타내며, 시스템의 구조에서는 고유한 것이다. 블럭(832)에서는 중간 또는 소형 물체의 절대속도인 V_i가 생긴다. V_i는 지오폰에 의해 감지된다. 지오폰 센서 동력은 함수 S(s)로 표시된다.

함수 G(s)는 중간 관성속도 V_i와 페이로드의 속도출력 V_o사이의 동력관계를 나타낸다. 이것은 외부 루프 보상함수인 C(s)로 입력된다. 내부루프 보상함수 C(s)는 블록(834)으로 도시되어 있고, 예컨대 제3도의 회로로 나타날 수 있다. 함수 Cv(s)는 패시브 분리기에 의해 야기되는 약 20Hz에서 나타나는 공진을 보상하는데만 이용된다. 보상회로 Cv(s)의 출력은 노드(836)에서 C(s)의 보상신호와 합해져, 압전모터의 관성변위 _c를 생성한다.

제20a도 및 제20b도는 보상함수 C(s)에 대한 진폭-주파수 및 위상-주파수의 보데(Bode) 도표이다. 제20a도에서, 세로좌표는 -20~140 dB의 주파수이다. 주파수는 100mHz-1kHz 사이를 가로좌표에 로그함수로 나타냈다. 제20b도에서, 세로좌표에는, -180~+180도의 위상을 나타냈고, 주파수는 상기와 동일gk다.

제21a도 및 21b도는 바람직한 외부루프 보상함수 Cv(s)의 보데 도표이다. 제21a도 및 21b도의 그래프중 가로좌표는 패시브 분리기 공진 주파수 _c가 1(=10⁰)이 되도록 표준화된 주파수이다. 제21a도의 게인 역시 표준화되었는데, 이는 게인 곡선의 위치가 센서의 감도 등의 요인에 따라 변하기 때문이다. 게인은 데시벨로 도시되었다. 외부루프는 분리기에 의해 생기는 공진에만 관련되기 때문에, 공진주파수 _c에서 벗어날 때 고의적인 감쇠가 있다. 일반적으로 보상함수는 다음과 같이 표현된다.

통과대역은 대략 1 옥타브 이상 분리기 주파수 이하로 선택한다. 제1극 1/ ₁은 _c/2 보다 낮도록 선택될 수도 있고 ; 예컨대 _c가 20Hz일 때 1/ ₁는 5Hz로 선택될 수도 있다. 이 경우, 다른 극 1/ ₂는 40Hz로 선택될 수 있다. 제1극 이전의 롤오프는 일정 변위에 대한 반응이 없도록 하는 DC 차단함수이다.

제20a도, 20b도, 21a도, 및 21b도에 도시된 보데 도표와 제19도의 블럭도에서, 당업자라면 원래의 센서신호에서의 공진을 보상하는데 필요한 적절한 전달함수로 디지탈신호 프로세서(808)를 프로그램할 수 있을 것이다(제18도 참조).

제5도는 액티브 진동분리시스템을 2차원으로 단순화한 개략도이다. 제1도와 마찬가지로, 패시브 분리기(20)(탄성중합형 장착대가 바람직함)에 페이로드(M)가 지지되고, 분리기는 소형 물체(18)에 지지되어 있다. 소형 물체(18)와 보강 작동기(12)사이에는 전단 디커플러(282)가 배치된다. 제5도는 페이로드에 의해 가해지는 힘(일반적으로 중력)에 대한 수직 방향의 액티브 진동분리에 대해 보여준다. 이런 분리는 레이디얼 보강작동기(284)(압전모터가 바람직함)와 레이디얼 전단 디커플러(286)를 사용해 실행된다. 레이디얼 보강 작동기(284)는 진동하는 바닥면(F)에 부착된다. 전단 디커플러(286)는 레이디얼 보강 작동기(284)와 소형 물체(18)사이에 배치된다.

레이디얼 보강작동기(284)가 압전 스태크인 경우, 실제 작동상태에서 보강 작동기(284)에 텐션이 걸리지 않도록 모터에 예비부하를 걸어줄 필요가 있다. 보강 작동기(284)에 예비부하를 주는데는 압축스프링(288)을 사용한다. 바람직한 실시예에서, 이 스프링에는 고무나 탄성중합체 동축 부싱(292)에 의해 안내되는 원추형 강스프링 등의 스프링(290)이 포함된다. 스프링(288)은 바닥(F) 또는 진동면의 연장부와 전단 디커플러(294) 사이에 배치되고, 전단 디커플러는 스프링(288)과 소형 물체(18) 사이에 배치된다. 레이디얼 보강 작동기(284), 디커플러(286), 디커플러(286) 및 스프링(288)의 선형 배치를 제5도의 도면에 수직 방향으로 반복하여 3차원 진동분리를 달성한다.

보강작동기(284)가 압전식이면, 총 진동스펙트럼에 대해 최대 레이디얼 진폭은 0.001 in이다. 보강 작동기에 예비부하로 압축을 가하면 그 진폭은 0.001 in보다 약간 큰 0.0015 in로 된다. 보강 작동기(284)를 이만큼 압축하는데 필요한 힘은 약 1000 1b이다. 원추형 강스프링(290)은 압축 세트스크류 등(제5도에 도시안됨)에 의해 예비하중이 걸려 레이디얼 보강 작동기(284)의 압축방향으로 필요한 트러스트 힘을 가해준다.

동축 스프링(288)은 레이디얼 보강 작동기(284)의 축에 나란한 축선을 따라서는 강성이 낮지만, 레이디얼 방향으로는 강성이 높다. 따라서, 이 동축스프링(288)에 의하면 레이디얼 보강 작동기(284)는 이곳에 인가된 명령신호에 따라 쉽게 신축할 수 있다. 동축스프링(288)의 스프링 강성이 축 방향으로는 작지만, 축에 수직인 모든 방향으로의 기계적 강성은 매우 높다. 이런 구성이기 때문에 레이디얼 보강 작동기(284)가 수직 모터 디커플러 및 동축의 원추형 스프링의 작은 강성에 의해서도 레이디얼 분리방향으로 자유롭게 움직일 수 있다. 레이디얼 보강 작동기(284)와 소형 물체(18)사이에 디커플러(286)를 배치하면 페이로드-지지 보강 작동기(12)의 움직임에 의한 전단변형을 보강 작동기(12) 움직임의 0.7%까지 낮출 수 있다.

소형 물체(18)는 보강 작동기(12)가 신축할 때 상하로만 움직이고 회전하지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 디커플러(294)와 동축부싱(292)에 의해 소형 물체(18)의 반대쪽에 디커플러(286)를 배치해 균형을 이룬다.

제6도 내지 9도는 본 발명의 제1실시예의 상세도로서, 제6도는 사시도, 제7도는 일정 부분을 파단선으로 도시한 평면도, 제8a도는 제7도의 8a-8a선의 단면도, 제8b도는 제7도의 8b-8b선의 단면도, 및 제9도는 제7의 9-9선의 단면도이다. 제6도에서, 액티브 진동분리 시스템(10)은 대략 직사각형의 케이스(300)내에 기계 부품들이 있다. 작동시, 액티브 진동분리 시스템(10)은 삼각대 형태로 하나의 페이로드 질량체(M_p)(도시안됨)를 지지하도록 사용된다. 케이스(300)는 2개의 측벽(308,310) 및 이들 측벽에 각각 평행하고 도면에 보이지 않는 다른 2개의 측벽을 포함한다(제6도 내지 8도 참조). 케이스(300)의 뚜껑(302)은 착탈식이다. 케이스(300)는 높은 공진주파수를 제공하여 양호한 고주파 액티브진동 분리를 얻기위해 단단해야만 한다. 케이스(300)의 제1진동모드는 1500 cycle/sec이상이어야 한다. 이를 위해, 알루미늄 등의 경금속으로 비교적 벽을 두껍게 하여 케이스(300)를 제작해야 한다. 케이스(300)는 캐스팅으로 성형될 수도 있고 여러개의 가공판들을 볼트로 조인것일 수도 있다. 바람직하게는 케이스(300)가 다이캐스팅 공정으로 제조되는 것이다.

뚜껑(302)은 볼트(304)로 케이스(300)에 조여진다. 케이스(300)와 마찬가지로, 뚜껑(302)도 알루미늄 또는 경금속등의 가볍고 단단한 재료로 두껍게 제작해야만 한다. 본 실시예에서, 케이스(300)의 뚜껑(302)과 측벽의 두께는 약 1.5in이다.

케이스(300) 바닥에는 회전다리 형태의 3개의 다리(306)를 부착한다. 이 다리는 바닥면이 평평하지 않을 때를 대비한 형상이다. 그러나, 다리(306)는 높이를 조정할 수 있어서는 안된다. 커버판(320)상에 정위치한 도시되지 않은 분리기(10) 및 지지된 페이로드 질량체(M_p)와 함께 다리(306)가 상하로 움직하면, 분리기의 외측 케이스(300)가 회전하여 패시브 분리기(20)에 큰 전단하중을 발생시킬 것이다. 이런 전단하중으로 인해 소형물체(도시안됨)에 큰 토크가 발생할 것이고, 이 때문에 압전모터(도시안됨)에 큰 전단하중을 발생시킬 가능성이 있다(제7도 내지 9도 참조). 소형 물체에 작용하는 비틀림이 크면, 압전모터에 전단력이 과하게 걸려 균열이 생기고 모터를 고장나게 할 것이다.

본 실시예에서, 패시브 진동분리기(20)는 매사츄세츠 브리지톤의 배리콘트롤에서 부품번호 UC-4300으로 생산되는 탄성중합체 컵이다. 오하이오주 데이톤의 텍 프로덕트 코포레이션에서도 비슷한 분리기를 구입할 수 있다. 패시브 분리기(20)는 제6a도와 같이 X,Y,Z 전방향으로 스프링상수가 동일한 것이 바람직하다. 패시브 분리기에 의해 소형 물체(18)(제7도 내지 9도)로부터 무거운 페이로드 질량체(M_p; 제1도)가 역학적으로, 분리되고 보강 작동기와 보상회로에 의해 양호한 액티브 진동분리가 가능한 주파수 이상에서 모든 진동 방향으로 페이로드의 진동분리가 이루어진다.

패시브 진동분리기(20)의 공진주파수의 선택은 한편으로는 고주파 진동분리의 교환에 의해, 다른 한편으로는 페이로드 자체에 작용하는 힘으로 인한 페이로드의 역학적 변형에 의해 형성된다. 진동 분리기(20)에 특히 바람직한 공진주파수는 약 20Hz이다.

본 실시예에서, 패시브 분리기(20)에는, 넓은 기부(312)가 있다(제7도, 8a도 및 8b도 참조). 분리기(20)의 직경은 위로 갈수록 작아지고, 참조부호(314)지점에서 최소로 된다. 이 지점으로부터, 분리기(20)의 프로파일은 립(316)에 이르기까지 소정 간격에서 방사상으로 넓어진다. 분리기(20)의 프로파일은 이후 상단(318)을 향해 볼록하게 곡면을 이룬다.

분리기(20)의 상단(318)에 상판(320)이 고정된다. 이 상판(320) 때문에 페이로드 질량체의 중량이 분리기(20)의 상단(318) 전체에 분산된다. 상판(320)은 3개의 속도제어루프 지오폰 센서(26,323,325)가 들어있는 케이스(322)를 지지하기도 하는데(제7도 참조), 각 센서는 각각 Z,X,Y 방향으로 페이로드의 움직임을 감지하도록 배치된다. 감지축은 보강작동기(12a,12b,12c,284,350) 각각의 신축 축선과 일치한다.

케이스(300)의 뚜껑(302)중앙에는 스페이서 판(326)을 끼우는 큰 구멍(324)이 있다.

페이로드 센서 케이스(322)는, 상판(320), 분리기(20)의 상단의 공진주파수 및 센서(26,323,325)의 중량이 커지는 방식으로 상판(320)에 지지되어야만 한다. 공진주파수가 높아질수록, 절대속도 제어루프가 잘 기능할 수 있다.

제6도에는 X 방향의 레이디얼 압전모터용의 레이디얼 디커플러 리테이너판(332)과 Y방향의 레이디얼 압전모터용의 원추스프링 리테이너판(334)이 있다.

시스템(10)의 내부구조는 제7도 내지 9도에 가장 잘 나타나있다. 제7도는 내부구조는 일부분을 파단선으로 도시한 액티브 진동분리 시스템(10)의 평면도이다. 제8a도는 제7도의 8a-8a선의 단면도이고, 제8b도는 제7도의 8b-8b선의 단면도이고, 제9도는 제7도의 9-9선 단면도이다. 제9도에 따르면, 스페이서판(326)은 볼트(336)에 의해 소형 물체(18)에 부착된다.

소형 물체(18)는 수직 보강 작동기(12a,12b,12c) 및 관련된 수직 디커플러(282a,282b,282c)에 의해 지지된다. 소형 물체(18)는 내부 공동(338)에 들어가 있고 케이스(300)의 모든 측벽에서 떨어져 있어, 수직 보강 작동기(12a,12b,12c)와 레이디얼 보강 작동기(284,350)를 통해서만 케이스(300)와 접촉한다.

본 실시예에서, 수직 보강 작동기(12a,12b,12c)는 직경 1.0 in이고 높이는 1.26 in이다. 이들 요소(12a-12c)의 최대 작업행정은 ±0.001 in이다. 이들 작동기(12a,12b,12c)는 삼각 지지대를 형성하는데는 물론 페이로드를 들어올리는데 이용되며 상기 작동기(12a,12b,12c)는 페이로드를 지지할 수 있다. 각각의 수직전단 디커플러 조립체(282a,282c)는 수직 방향으로는 스프링강성이 매우 높지만, X,Y 방향으로는 기계적 강성이 매우 낮고, 전단 디커플러의 레이디얼(X,Y 방향)강성에 대한 축방향(수직) 강성비는 1이상, 바람직하게는 2이상이다. 본 실시예에서, 전단 디커플러(282a,282b,282c)의 직경은 2인치이고 2개의 디커플러 디스크(342,344)사이의 탄성중합체 디스크 또는 웨이퍼(340)의 직경도 2인치이다.

디커플러(282a,282b,282c)와 대응 레이디얼 디커플러(후술함)는 본 발명의 중요한 특징이다. 액티브 진동분리 시스템(10)에 사용된 압전모터 요소들이 항상 압축하중을 받아야만 한다. 인장하중이 작용하면 웨이퍼층들이 분리되거나 전체 모터가 소극화될 수 있다. 인장응력을 피하려면, 축방향하중이나 굽힘하중에 인장하중이 생기지 않도록 모터요소들을 구성해야 한다. 전단하중은, 모터의 일부분에 인장하중의 원인이 될 수 있는 굽힘모멘트만 생기지 않는다면 압전모터 요소에서 허용된다. 보강 작동기(12a,12b,12c)내의 전단하중을 제한하기 위해, 각각의 전단 디커플러들(282a,282b,282c)이 사용되고, 이들 각각은 단단하고 비탄성체인 금속 등으로 된 2개의 디스크(342,344)로 구성되며, 그 사이에 탄성중합체의 얇은 디스크 또는 웨이퍼(340)가 삽입된다.

각 전단 디커플러(282a,282b,282c)의 축방향 강성은, 비하중 면적에 대한 하중면적의 비가 클 때 레이디얼 강성이 매우 낮게 유지되는 동안 높게 유지된다. 시스템(10)에 의해 지지된 페이로드는 탄성중합체 웨이퍼(340)와 강 디스크(342,344) 표면에 대해 수직하고, 다른 모터요소의 운동에 의해 생기는 전단하중은 거의 항상 탄성중합체 디스크 또는 웨이퍼(340)의 평면에 있다.

전단 디커플러(282a,282b,282c)의 품질을 측정하는 한가지로 형상계수가 있는데, 이것은 디스크 원주 둘레의 고무의 무하중 면적에 대한 압축하중을 받는 고무 면적의 비와 같다. 이것은 다음과 같이 표시된다.

D는 고무 디스크의 직경, t는 디스크의 두께이다. 형상계수가 커질수록, 탄성체의 유효 압축력은 증가하고 탄성체의 유효 전단력은 변하지 않는다. 본 실시예에서, 전단 디커플러들(282a,282b,282c) 각각은 직경이 2인치이고 탄성 웨이퍼(340)의 두께는 약 0.06인치이므로, 탄성체 두께에 대한 직경의 비가 커지고 형상계수는 약 8이 된다.

도시된 보강 작동기(12a,12b,12c)의 모터 압축력은 3,000,000 psi이고, 모터 전단력은 약 1,000,000 psi이다. 압축 강성은 1,880,000 1b/in 이고, 수직 모터 스프링의 전단력에 대한 강성은 약 62,830 1b/in이다.

수직 보강 작동기(12a,12b,12c)에 대해, 축방향의 모터강성에 대한 디커플러 강성의 비는 0.7이다. 레이디얼 방향의 비는 0.07이다. 작동기들의 크기가 같지는 않아도, 레이디얼 모터와 전단 디커플러의 갯수는 비슷하게 한다.

보강 작동기(12a,12b,12c)에 인가된 큰 전압을 고려하면, 전단 디커플러 탄성중합체 웨이퍼(340)는 오존에 대한 내성이 있어야 한다. 이런 탄성중합체는 클로로프렌 고무가 있지만, 다른 내오존성 탄성중합체를 사용할 수도 있다. 전단 디커플러 탄성중합체 웨이퍼(340)를 구성하는데 쓰이는 클로로프렌 고무는 전단강성을 가능한한 낮게 유지하면서도 기계적 강도를 높게 갖기 위해 카본블랙 등의 충전제로 보강하지 않고 성형하는 것이 바람직하다. 도시된 바와같이, 각각의 디커플러(282a,282b,282c)는 수직 보강 작동기(12a,12b,12c)의 각 단부와 소형 물체(18)사이에 배치되고, 이 목적으로 소형 물체(18)내에 형성된 용기(346) 내부에 수용된다. 케이스(300)와 소형 물체(18)내에는 보강 작동기(12a,12b,12c)와 통하는 적당한 구멍과 채널들(편의상 생략했음)이 형성된다.

보강 작동기(12a,12b,12c)각각은 분리 디스크에 의해 서로 분리되어 있는 복수의 압전디스크들로 구성된다. 이들 압전디스크는 한쌍의 병렬 버스에 의해 병렬로 배선되고, 버스는 한쌍의 고압 리이드와 접속된다. 편의상 상세히 설명은 생략하였지만, 당업자들은 충분히 이해할 것이다.

제6도 내지 9도에 도시된 본 발명의 실시예에서는 레이디얼 압전모터가 2개 제공되었는바; Y방향으로 축선이 정렬된 압전모터(350)(제9도 참조)와 X방향으로 축선이 정렬된 압전모터(284)가 있다(제8도 9도 참조). 본 실시예에서, 레이디얼 모터(284,350)는 직경이 0.63인치이고 길이가 1.26인치이다. 원추형 스프링의 트러스트를 실용치까지 유지하는데 필요한 길이를 위해서 그 직경은 가능한한 작게 한다(원추형 스프링은 후술함). 모터들(284,350)의 역학적 행정 특성은 수직 보강 작동기(12a,12b,12c)와 동일하다.

레이디얼 모터(284)에는 레이디얼 디커플러(286)가 제공되고, 레이디얼 모터(350)에는 레이디얼 디커플러(352)가 제공된다. 각 디커플러(286,350)에는 앞쪽의 디스크(354), 탄성중합체 웨이퍼(356) 및 뒷쪽의 끼움쇠(358)가 있다. 디스크(354), 끼움쇠(358) 및 웨이퍼(356)의 직경은 수직 디커플러(282a,282b,282c)의 직경과 같고 ; 디스크(354)의 두께는 금속 디스크(344,342)와 비슷하며, 웨이퍼(356)는 웨이퍼(340)와 비슷하다. 디스크(354)에는 레이디얼 모터(350) 또는 (286)의 일단이 삽입되는 구멍이 있다. 모터들(350,286) 각각의 일단을 디스크(354)에 부착하는 바람직한 방법으로는 에폭시 접착제를 이용하는 것이다. 끼움쇠(358)는 케이스(300)의 측벽(359,308)으로 나사결합되는 나사형 원통체이다.

제9도에 따르면, 물리적으로 레이디얼 모터(350)의 반대쪽으로 축방향으로 정렬되어 있는 소형 물체(18)의 다른쪽에는 또다른 레이디얼 디커플러(360)가 있다. 레이디얼 디커플러(352)와 마찬가지로, 레이디얼 디커플러(360)에는 앞쪽의 금속 디스크(362), 탄성중합체 웨이퍼(364) 및 뒷쪽의 원통체(366)가 있다. 이 부품들의 직경은 수직 디커플러(282a,282b,282c)의 직경과 비슷하다. 디스크(362)의 두께는 디스크(344)의 직경과 비슷하고, 탄성중합체 웨이퍼(364)의 두께도 탄성중합체 웨이퍼(340)의 두께와 비슷하다. 도시된 실시예의 레이디얼 디커플러들은 비용상의 이유로만 수직 디커플러들(282a,282b,282c)과 같은 크기이므로, 다른 크기를 사용할 수도 있다. 디스크(362)는 소형 물체(18)의 구멍(368)에 삽입된다.

튜브(374)와 실린더(366)에 의해 레이디얼 동축 부싱(370)이 형성된다. 이들 부품들은 강이나 황동이나 알루미늄등의 가공될 수 있는 금속으로 제조되는 것이 좋다. 실린더(366)는 0.063 인치 정도의 작은 틈새를 두고 튜브(374)에 삽입된다. 실린더(366)와 튜브(374)사이의 제 위치에 탄성중합체 개스킷(378)을 장착한다.

동축 부싱(370)은 부싱의 레이디얼 축방향으로 형상계수가 크기 때문에 디커플러(282a,282b,282c,352)와 같은 기능을 한다. 이 때문에 부싱의 레이디얼 방향으로는 기계적 강성이 대단히 크지만 축방향으로는 기계적 강성이 매우 낮다. 이런 방식으로, 레이디얼 압전모터(350)에 의해 소형 물체(18)는 동축 부싱의 스프링 강성에 거의 저항하지 않으면서 Y방향으로 움직일 수 있다. 그러나, 부싱은 레이디얼 방향으로 기계적 강성이 크고, 이때문에 수직 보강 작동기(12a,12b,12c)의 움직임으로 인한 부싱(370)의 레이디얼 운동이 방지된다.

소형 물체(18) 내의 공동(379)에 지오폰(17)이 배치된다. 이 지오폰의 축선은 시스템(10)의 Z축 또는 보강 작동기(12a,12b,12c)의 축과 정렬되어 소형 물체(18)의 상하진동을 감지한다.

제8a 및 8b 도에 따르면 X 레이디얼 압전모터(284)에 전단 디커플러(286)가 제공되고, 이 디커플러는 전단 디커플러(352)와 마찬가지로 앞판(354), 탄성중합체 웨이퍼(356) 및 뒷쪽의 끼움쇠(358)로 구성된다. 소형 물체(18)의 다른쪽에는, 레이디얼 압전모터(284)의 길이방향 축선과 동축으로 레이디얼 스프링 디커플러(294)를 배치한다. 이 스프링 디커플러(294)에는, 레이디얼 스프링 디커플러(360)와 마찬가지로, 앞쪽의 디스크(362), 탄성중합체 디스크인 웨이퍼(364) 및 뒷쪽의 원통체(366)가 있다. X 레이디얼 압전모터(284)에도 레이디얼 동축 부싱(500)이 제공된다. 제8도에서 알 수 있듯이, X방향의 소형 물체 지오폰(502)(일부만 도시됨)은 소형 물체(18) 내의 용기(504)내에 수용되고, Y 지오폰(506)은 소형 물체(18)의 용기(508)내에 수용된다. 지오폰(17,502,506)의 내부 부품들은 도시되지 않았지만 시중에서 구입할 수 있다. 지오폰(502)은 그의 감지축이 레이디얼 압전모터(284)의 축선과 평행하게 정렬되고, 제3도에 도시된 것과 비슷한 회로를 이용해 그 압전모터에 전자적으로 결합된다. 지오폰(506)은 레이디얼 압전모터(350)의 축선인 Y축과 정렬되고, 회로(472)를 이용해 그 모터에 전자적으로 결합된다(제8a도, 제8b도 및 4도 참조).

제6도 내지 9도에 의하면, 기계적 강성이 높은 레이디얼 방향의 동축 부싱(370)(제9도 참조)은 수직축인 Z축을 따라 소형 물체(18)의 기계적 강성에 균형을 준다. 따라서, 소형 물체(18)가 상하로 운동하면 소형 물체 각변의 디커플러들(360,352,294,286)이 동일하게 변형되어, 소형 물체가 회전하는 것이 방지된다. 레이디얼 동축 부싱(370,500)의 레이디얼 강성은 레이디얼 압전모터(350,284)의 레이디얼 강성과 거의 동일하다. 소형 물체(18)의 모든 변에 작용하는 수직 강성이 동일하므로, 소형 물체(18)가 수직 보강 작동기(12a,12b,12c)의 상단 평면에서 변형할 수 있다. 이때문에 보강 작동기(12a,12b,12c)가 작동되면 소형 물체가 거의 수직방향으로 움직인다.

제9도에 따르면, 동축 부싱 튜브(374)의 외경부분이 케이스(300)의 나사구멍(380)에 나사결합된다. 이때문에 동축부싱 튜브(374)은 케이스(300)의 외측벽(310)에 나사결합되어 레이디얼 압전모터(350)와 동축 부싱(370)에 약간의 압력을 주면서 일시적으로 고정시켜, 원추형 스프링 하우징(후술함)을 사용해 레이디얼 모터(350)에 소정의 축방향 예비하중을 인가할 수 있다.

원추형 스프링(382a,382b)은 레이디얼 압전모터(350)와 동축으로 소형 물체(18)의 반대쪽에 배치된다. 원추형 스프링(382)의 형상은 편의상 확대되어 있지만, 실제로는 더 평평하다. 원추형 스프링(382a,382b)은 적당히 압축되었을 때 일정한 압축력을 제공한다. 원추형 스프링(382a,382b)은 사이즈가 작고 저렴하기 때문에 바람직하지만, 압전모터(350)에 소정의 압축력을 가하기만 하면 고무, 탄성중합체, 강 다이스프링 또는 공통 압축코일 스프링도 사용할 수 있다.

본 실시예에서는 선형특성을 더 크게 하기 위해 스프링 내부에 마찰이 적게 나란히 2개의 원추형 스프링(382a,382b)을 배치하였다. 이런 종류의 원추형 스프링은, 예컨대 뉴욕의 우드사이드의 슈노 코포레이션에서 제작한다. 동축부싱 내부 실린더(366)(전단 디커플러(360)의 일부로 작용하는 것과 같은 부품임)는 내부 원추형 스프링(382b)을 제 위치에 고정하도록 형성된다. 예컨대, 실린더(366)에 대응 구멍(384)을 뚫고 그 안에 삽입체(386)를 설치할 수도 있다. 이 구멍에는 스프링(382b)을 제자리에 고정하기 위한 세트스크류 또는 핀(388)이 나사결합된다.

외부 원추형 스프링 리테이너판(334)의 중앙에는 원추형 스프링(382a)를 제자리에 보유하는 기능을 하는 스크류(392)가 나사결합되는 구멍(390)이 있다. 원추형 스프링(382a,382b)을 제 위치에 고정하는 수단으로 다른 것을 이용할 수도 있다. 원추형 스프링 리테이너판(334)은 소켓헤드 캡 스크류(394)등을 이용해 부싱 튜브(374)(또는 외부 측벽 310)에 고정된다.

동축 부싱 튜브(374)와 실린더(366) 사이의 오프셋은, 원추형 스프링 리테이너판을 정위치시켰을 때 약 300 1b의 압축력이 압전 레이디얼 모터(350)에 작용하도록 선택한다. 이 리테이너판(334)을 동축부싱(370)에 조이면서, Y방향의 모든 레이디얼 부품들과 접촉하게 한 다음, 1/4 내지 1/2 회전시켜 단단히 접촉될 때까지 장착한다. 이런 방식으로, 레이디얼 부품들과 소형 물체(18)는 원추형 스프링(382a,382b)이 정위치하여 예비압축될 때까지 동축부싱의 축방향 하중으로 인해 작은힘으로도 제위치에 고정된다. 예비압축력으로 인해 분리기(10)는 페이로드 밑에 설치될 때까지 제자리에 보유된다.

제8a 및 8b도에 따르면, 레이디얼 스프링 디커플러(294)와 레이디얼 동축 부싱(500)은 제9도의 디커플러(360) 및 동축 부싱(370)과 비슷하게 구성될 수 있다. 동축 부싱(500)에는 나사 튜브(510)가 있고 이 튜브는 측벽(514)의 적당한 구멍(512)에 조여지며, 튜브(510)에는 캡 스크루(518)에 의해 외부 캡(516)이 부착된다. 절반부들(520a,520b)이 마주보도록 되어 있는 와셔가 제공된다. 이 절반부들은 핀(522,524)에 의해 제 위치에 고정된다. 핀(522)은 원통체(366)와 동축인 삽입구(526)에 수용된다. 핀(524)은 엔드캡(516)의 각각의 동축 구멍에 삽입된다. 부싱 원통체(366)와 튜브(510)사이에는 탄성중합체의 원통형층(530)이 형성된다.

페이로드 지오폰 케이스(322)와 케이스(300) 측벽(514)의 구멍(도시안됨)사이에는 적당한 가요성의 도체 재킷(532) 및 관련된 끼움쇠들이 부착된다. 재킷(532)에 의해 지오폰들(26,323,325)에 부착된 배선을 위한 공간이 제공된다(제7도 참조). 지오폰과 각종 압전모터에 대한 전기접속은 편의상 생략한다. 본 실시예에서는, 제3도 및 4도의 보상회로를 시스템(10)에서 멀리 배치하고 적당한 통신케이블(도시안됨)로 시스템(10)을 접속한다.

제10도, 10a도, 11도, 12도 및 13도는 본 발명의 제2실시예이고 대략 원통형이다. 제10도는 액티브 진동분리시스템(600)의 분해사시도이다. 제10a도는 제10도 및 11도의 좌표 시스템을 도시한 것이다. 제11도는 이 시스템(600)을 조립한 상태의 사시도이다. 제12도는 제11도의 12-12선의 단면도이다. 제13도는 소정 내부 부품들을 파단선으로 도시한 시스템(600)의 평면도이다.

제10도 내지 13도에 따르면, 시스템(600)은 공동(604)을 형성하는 원통형 케이스(602)내에 수용된다. 이 케이스(602)의 외측벽(606)은 오목하고 내측벽면(608)은 볼록하다. 케이스(602)의 내측벽(608)과 바닥(612)에서 떨어져 공동(604)내에 소형 물체(610)가 수용된다. 소형 물체(610)는 3개의 보강 작동기 또는 압전모터(614,616,618)에 의해 지지된다. 각각의 수직 보강 작동기(614,616,618)에는 수직 전단 디커플러가 있으며, 제11도에는 보강 작동기(616)와 관련된 디커플러가 참조부호(620)로 나타나있다. 수직 디커플러(620)는 제1실시예서와 마찬가지로 하부 금속판(622), 탄성중합체 웨이퍼 또는 디스크(624) 및 상부 금속판(626)으로 구성된다. 이들 부품의 크기와 특성은 제6도 내지 9도의 것과 동일하다.

보강 작동기(616)를 예로 들면, 하부 디커플러 금속판(622)의 홈(628)에 모터의 상부가 수용된다. 보강 작동기(616)의 바닥은 케이스(602)의 내부 바닥면(612)에 얹혀진다. 디커플러(620)와 보강 작동기(614)는 소형 물체(610)의 구멍(630)에 삽입된다. 소형 물체(610)는 공동 (604)에 끼워지고 중량을 줄이기 위해 곡면(632)을 갖도록 형성된다(제10도 참조).

소형 물체(610)의 구멍(630)의 가장 안쪽 부분의 반경은 상부 디커플러 금속판(626)을 압입수용하도록 비교적 작다. 구멍(630)의 나머지 반경은 웨이퍼(624), 하부 금속판(622) 및 보강 작동기(614)를 헐겁게 수용하여 웨이퍼(624)와 금속판(622)이 소형 물체(610)에 대해 측방으로 움직일 수 있도록 약간 크다.

상기한 바와같이, 소형 물체(610)는 역시 각각의 보강 작동기 또는 압전모터(634,636)에 의해 X 및 Y방향으로 케이스(602)에서 분리된다.

제12도에 도시된 전단 디커플러(640)는 Y보강 작동기(636)와 연결되어 있다. 마찬가지로 디커플러(642)는 X 보강 작동기(634)와 연결된다(제10도 참조). 디커플러들(640,642) 각각은 금속 기판, 탄성중합체 디스크 또는 웨이퍼 및 말단 금속판을 포함하고, 제작이 용이하도록 수직 패시브 분리기(20)와 동일하다.

보강 작동기(636)와 디커플러(640)는, 제12도에 도시된 바와같이, Y축과 동축으로 배치된다. 또한, Y축과 동축으로 다른 부싱 디커플러(644)와 수평 캡(646)을 배치한다. 디커플러(644)는 조립시 소형 물체(610)의 수직 측벽과 맞닿기에 적합한 기판(648)을 포함한다. 탄성중합체 웨이퍼(650)는 금속기판(648)에 인접하게 배치된다. 원통형 금속 디커플러(652)는 기판(648) 반대쪽에서 탄성중합체 웨이퍼(650)에 인접하게 배치된다.

케이스(602)의 구멍(656)에는 관형 슬리브(654)가 조여진다. 이 슬리브 또는 튜브(654)의 내경은 원통형 금속 디커플러(652)와의 사이에 충분한 틈새가 있도록 설정된다.

캡(646)에는 슬리브(654)의 대응 구멍과 일치하는 구멍들이 여러개 뚫려있다. 나사구멍(658,660)에는 슬리브(654)에 캡(646)을 부착하기 위한 캡스크류(도시안됨)가 끼워진다.

수평 캡(646)의 축선상 구멍(664)에는 중앙 스크류(662)가 삽입된다. 이 구멍(664)은 나사식이다. 스크류(662)는 기다란 소켓헤드 스크류이고 실린더(652)의 비나사형 틈새 구멍(666)에 삽입될 정도로 충분히 길다 세트스크류(662)를 캡(646)에 조인 뒤 그 소켓 헤드캡 스크류(662)에 2개의 잠금너트(665a,665b)를 조인다. 이들 잠금너트(665a,665b)를 스크류(662)에 배치하여, 단단히 조인다. 너트(665a,665b)의 잠금위치는 2개의 원추형 와셔(667,668)를 정위치하도록 설정된다. 잠금너트(665a,665b)의 위치는 2개의 원추형 와셔를 예비압축했을 때 소켓헤드 캡 스크류(662)가 실리더(652)에 닿지 않을 정도로 설정한다. 구멍(666)의 직경은 캡 스크류(662)가 닿지 않을 정도로 설정한다. 원추형 와셔들(667,668)은 와셔(667)의 내경부와 너트(665b)가 서로 접촉하지 않게 캡스크류(662)상의 제 위치에 고정된다. 원추형 와셔(667)의 외경부는 원추형 와셔(668)의 외경부와 접촉한다. 원추형 와셔(668)의 내경부는 캡스크류(662)의 외경부에 의해 원추형 와셔(667)에 동축으로 유지된다. 원추형 와셔(668)의 내경부는 구멍(666)둘레의 실린더(652)와 접촉한다.

한편, 잠금너트(665a,665b)를 캡스크류(662)내의 가공턱(도시안됨)으로 대치하여, 이 턱 뒤의 스크류(662)의 반경을 감소시킬 수도 있다. 그후 원추형 와셔들 (667,668)을 턱에 닿을 때까지 스크류(662)의 가늘어진 축에 끼우면, 이 턱은 와셔(667)의 내경부와 접촉하여 물리적인 정지구 역할을 한다.

압전모터(636)의 예비압축에 필요한 300 1b의 축방향 힘을 발생시키기 위해 원추형 와셔들(667,668)의 하중-변형 특성에 따라 변하는 소정의 변위를 이용해 캡스크류(662)를 조여서 압전모터(636)를 예비압축한다.

다른 실시예(도시안됨)에서는 도시된 와셔들(667,668)을 복제하여, 4,6 또는 8개의 일련의 와셔들을 너트(665)와 구멍(666) 사이로 스크류(662)에 끼울 수도 있다. 이와같이 와셔들을 끼우는 방향이 X방향이다.

제1실시예(제6도 내지 9도)와 본 실시예의 한가지 중요한 특징은 수직 디커플러(620)에 대한 Y축 배치에 있다(X축 배치는 제13도를 참조하고 디커플러는 제12도를 참조할 것). 수직 디커플러(620)는 모터(636)의 Y축이 수직 전단 디커플러(624a,624b,624c)의 수평면에 있도록 배치된다. 이런식으로, Y축을 따라 전달된 힘에 의해 수직 모터(614-618)에 굽힘 모멘트나 굽힘력이 생기지 않고 소형 물체(610)의 회전도 발생되지 않는다.

소형 물체(610)의 다른쪽에서는, 케이스(602) 측벽(606)의 구멍(672)에 수평의 압전 스태크 리테이너판(670)이 삽입된다. 측벽(606)과 리테이너판(670)에는 적당한 나사(도시안됨)로 이들을 결합하기 위한 적당한 나사구멍(674,676)이 형성된다(제10도 및 11도 참조). 또, 수평 전단 디커플러(640)의 말단 금속판(680)을 리테이너판(670)에 부착하기 위한 나사(도시안됨)를 나사구멍(678)에 조인다(제12도 참조). 제12도에서 Y방향으로 도시한 구성은 X방향으로도 되풀이 된다.

제10도에 따르면, 리테이너판(682)을 측벽(606)내의 대응 용기(684)에 끼우고, 이 리테이너판은 보강 작동기(634)에 대해 X 디커플러(642)를 보유하기에 적합하다. X방향의 소형 물체(610)의 반대쪽 구멍(688)에 슬리브 또는 튜브(686)를 조인다. 수평캡(690)의 중앙 세트스크류(692)는 중앙 구멍에 나사결합되어 실린더(687)에 축방향으로 형성된 비나사형 틈새 구멍안으로 들어간다. 상기한 바와같이, 세트스트류(692)에 너트(696,698)를 조이거나, 스트류(692)에 턱을 만들고 스크류(692)의 나머지 축의 반경을 가늘게 할 수도 있다. 너트(698)와 중앙 구멍의 립 사이에서 한쌍의 원추형 와셔(700,702)를 압축하며 세트스크류(692)의 축의 제 위치에 고정한다. 제10도에서는 너트들(665a,665b)과 원추형 와셔(667,668)는 편의상 생략했다.

X,Y,Z축 각각에 대해, 지오폰 센서(694,695,697)를 각각 배치하고 소형 물체(601)내의 적당한 공동에 설치한다(제13도 참조). 3개의 다리(700)각각에는 케이스(602) 바닥면상의 적당한 나사구멍(704)에 조여지는 축(702)이 있다.

도시된 실시예에서, 적당한 구멍(710)에 나사결합되는 나사(도시안됨)와 플랜지(708)를 통해 소형 물체(610)윗면에 패시브 분리기(706)가 직접 부착된다(제10도 참조). 이 실시예에서, 페이로드 질량체는 중간 구조체가 아닌 분리기(706)위에 직접 보유된다. 또한, 도시된 실시예에서는, 페이로드 운동감지 궤환루프가 없고, 따라서 제6도 내지 9도에 도시된 실시예에서 그 목적으로 제공된 센서와 케이스는 여기에는 도시되어 있지 않다. 물론, 페이로드 질량체의 속도를 측정할 속도 궤환 루프가 필요할 경우에는 제10도 내지 13도의 구성에 그것을 첨가할 수 있다.

제14도는 본 발명의 다른 실시예의 사시도이고, 제15도는 관련 전개도이다. 제14도 및 15도의 실시예는 일반적으로 제10도 내지 13도의 실시예와 비슷하므로, 근본적인 차이에 대해서만 설명하겠다. 케이스(720)에 부착된 것은 제4도의 보상회로를 수용하는 회로박스(722)이다. 마찬가지로, 소형 물체(726)의 상단에 패시브 분리기(724)를 부착한다. 이 분리기는 중앙 나사(730)에 의해 캡(728)에 부착된다. 캡(728) 밑에 보이는 것은 변위센서(732,734,736)이고, 이들은 3방향 각각으로 페이로드의 운동을 감지하도록 배치된다. 제15도에는 금속판 커버(740)의 위에 도시되어 있지만, 실제로는 커버(740)밑에 배치되는 하부 쐐기(738)는 실제로 커버(740) 위에 있는 중앙나사(730)에 의해 제 위치에 고정된다. 하부 쐐기(744)는 L형 브래킷(746)에 의해 금속판 커버(740) 밑에 고정된다. L형 브래킷(746)을 통해 나사구멍(748)으로 세트스크류(도시안됨)가 나사결합되어 하부 쐐기(744)를 출입시킴으로써, 커버(740)를 여닫게 된다. 제14도에 도시된 바와같이, 세트스크류는 커버(740)의 외부 구멍(750)에서 공급될 수도 있다. 커버(740) 상단에는 탄성중합체 디스크(752)를 부착하고, 이 디스크는 페이로드를 수용하기에 적합하다.

제14도 및 15도에 도시된 실시예에서는, 상하 쐐기(744,738)를 적당히 조정하여 페이로드를 승강시킬 수 있다.

제16도는 삼각형으로 펼쳐져 페이로드(도시안됨)를 수용할 준비가 되어있는 액티브/패시브 분리시스템(721)의 사시도이다. 3개 시스템(721)은 사용자의 인터페이스/제어기(754)에 접속되어 있으므로, 사용자가 시스템(721)에 대한 적당한 전자진단 및 셋업을 실행할 수 있다. 각 장치는 파워 케이블(756)과 통신케이블(758)에 의해 상호 접속된다.

제17도는 속도와 상대변위 궤환루프 둘다를 이용하는 본 발명의 또다른 실시예의 사시도이다. 제15도와 17도의 동일 부품에는 동일한 부호들을 병기한다. 상부 쐐기(738)와 중앙나사(730)를 정위치시킨다. 제6도 내지 8도, 14도 내지 16도의 경우와 같이 페이로드와 관련되어 장착된 속도 또는 내부변위 센서들 대신에, 본 발명의 이 실시예에서는 소형 물체(726)의 상단에 장착된 장착 브래킷(776)상에 장착된 X,Y,Z 상대변위 센서(770,772,774)를 이용한다. 이들 센서로는 에디 전류 센서, 릴럭터 또는 홀효과 센서등 어떤 종류의 비접촉 센서도 가능하다. 센서(770,772,774)와 장착용 브래킷(776)은 삼각기둥형 표적(778)과 협력하여 작동한다. 철로된 표적(778)은 커버(728) 밑면에 부착된다. 표적(778)의 평면(780)은 Z센서(774)와 협동하고, 평면(782)은 Y 센서(772)와 협동하며, 가상선으로 도시된 평면(784)은 X 센서(770)와 협동한다. 조립된 상태에서, 평면들 (782,784)은 브래킷(776)의 직립벽과 Z 센서(774)사이에 배치된다. 브래킷(776)은 소형 물체(726)의 윗면에 장착되어 패시브 분리기(724)로부터 반경방향으로 소형 물체(726)의 반경방향 마진내에서 움직인다. 센서들(770,772,774)이 에디 전류센서나 릴럭터인 경우, 표적(778)은 강자성체로 한다. 센서들(770,772,774) 각각으로부터의 리이드들은 보상회로에 제공되고, 이들 센서로부터의 신호는 소형 물체(726)의 위와 내부에 장착된 지오폰들과 협력하여 보강 작동기들(790,792,794,796,798)을 제어하는데 사용된다.

페이로드의 진동특성이 액티브/패시브 진동분리 시스템의 댐핑 성능에 상당한 영향을 미친다고 알려졌다. 보강 작동기를 제어하는데 속도 궤환을 사용하면 페이로드 진동모드가 감지된 출력에 강력히 결합된다. 리드-래그 회로망을 이용하면 루프 게인이 높게 유지되기 때문에 (제3도 참조), 페루프는 적어도 어느정도까지는 특정 페이로드에 맞출 필요가 있는 보상회로를 필요로 한다. 모든 주어진 역학 시스템에 대해 극 위치를 고정해도, 측정된 센서출력에 따라 제로 위치와 결합 강도가 변한다. 극에 아주 가깝게 제로로 되는 센서 출력을 선택하면 페이로드 역학에 대한 궤한 루프의 감도가 떨어진다. 이것은 패시브 장착 하중이나 변형을 측정하면 달성될 수 있다.

외부 또는 속도 루프를 구성하는 보상회로에 2개 이상의 극을 삽입하는데 페이로드로부터의 속도 궤환을 이용할 필요가 있을 경우, 상대적 변위센서를 사용하여 보상회로를 비교적 단순화할 수 있음이 발견되었다.

제22도는 외부 루프 보상용으로 상대변위 센서를 사용하는 시스템의 내외 루프들의 조합의 블럭도이다. 바닥면의 운동은 _in _i _i _i

이 보상함수의 통과대역은 C(s)로 선택되고, 제21a도 및 21b도에 도시된 보데 도표를 이용해 C(s)를 정의할 수도 있다.

여과된 신호 Sq는 노드(848)에서 지오폰 속도신호 S_v와 합산되고, 이 노드에서 합산신호 S_c가 생성된다. 이것은 단계(850)에서 내부루프 보상함수 C(s)에 의해 보상된다. 내부루프 보상함수 C(s)는 제3도에 도시된 아날로그 회로를 이용해 또는 디지탈식으로 구할 수 있다. C(s)의 보데 도표는 제20a도 및 20b도에 도시되었다. 내부루프 보상함수 C(s)에서는 압전스태크 변위 _c _in 의 선택은 페이로드에 달려있다. 페이로드는 또한 적은 정도지만의 선택에도 영향을 준다.

요컨대, 액티브 진동분리 시스템이 도시되고 설명되었다. 본 발명에 따른 분리 시스템은 페이로드 질량체와 지지용 보강 작동기 사이에 소형 물체를 배치하여 공진주파수와 필요한 게인을 감소시키는 것이다. 3방향 각각에 소형 물체내의 센서로부터 발생된 변위신호의 함수로서 보강 작동기를 구동하기 위한 회로망을 배치한다. 이 회로망 내부에는 그 구조에 특유한 소정 공진 모드를 여과하기 위한 보상회로가 있다. 액티브 진동분리 주파수 범위 이외의 패시브 진동분리를 제공하도록, 소형 물체와 페이로드 질량체 사이에 패시브 분리기를 배치한다. 소형 물체는 케이스 안에 수납되고 X,Y,Z 보강 작동기에 의해 케이스의 바닥과 측벽에 지지됨이 바람직하다. 이 케이스는 또한 수평 압전모터에 압축력을 가하는 방법을 제공한다. 본 발명은 회로의 전체 게인을 변화시키지 않으면서 노치 여과특성을 제공하는 새로운 신호여과 기술을 이용한다.

상기한 상세한 설명에서 예시적인 실시예들이 기술되었지만, 본 발명은 이에 제한되지 않고 첨부된 특허청구의 범위 및 정신에 의해서만 제한된다.

Claims

소정 범위내의 질량을 갖는 페이로드 질량체(M_p)를 바닥(F)의 진동원에서 분리하는 액티브 진동분리시스템(10)으로서 : 상기 소정 범위의 페이로드 질량체보다 적어도 1 단위 적은 질량을 갖는 소형 물체(18); 제1 및 제2의 대향 표면으로서 윗면(14)과 아랫면(9)을 갖고, 이들 표면 사이의 길이가 가변적이며, 축선과 정렬되고, 상기 제1표면(14)은 상기 소형 물체에 결합되는 적어도 하나의 보강 작동기(12); 상기 소형 물체와 페이로드 질량체(M_p)사이에 배치되는 패시브 분리기(20); 상기 소형 물체에 결합되고 이 소형 물체의 운동의 함수인 센서신호를 생성하기에 적합한 센서(17); 및 상기 보강 작동기에 상기 센서를 결합하고 상기 센서신호를 수신하기에 적합하며, 상기 시스템이 소정 범위의 진동주파수와 페이로드 질량체에 걸쳐 안정되도록 상기 센서신호를 변화시키기 위한 게인모듈(24), 및 상기 변화된 센서신호의 함수로서 상기 보강 작동기의 길이를 변화시키도록 상기 보강 작동기(12)에 결합된 합산 파워증폭기(22)로 구성되는 회로를 포함하고 상기 페이로드 질량체와 진동원 사이에 배치되기에 적합한 액티브 진동분리 시스템(10).
제1항에 있어서, 상기 보강 작동기(12)가 압전모터인 액티브 진동분리 시스템(10).
제1항에 있어서, 상기 페이로드 질량체(M_p)에 대한 상기 소형 물체(18)의 질량의 비가 1/50-1/200 범위에 있는 액티브 진동분리 시스템(10).
제1항에 있어서, 상기 패시브 분리기(20)가 탄성중합체로 형성되는 액티브 진동분리 시스템(10).
제1항에 있어서, 상기 보강 작동기(12)는, 제1 및 제2의 대향표면을 갖고 이들 대향 표면 사이에서 가변적인 길이를 갖는 제1, 제2 및 제3보강 작동기(12a,12b,12c)중의 적어도 하나이고, 상기 제1 및 제2 및 제3 보강 작동기들 각각은 상기 보강 작동기들(12a,12b,12c)중 나머지 보강 작동기들과 관련된 축선들과 각도를 이루는 각각의 축선과 정렬되어 있으며, 상기 보강 작동기들 각각의 제1표면은 상기 소형 물체에 결합되어 3개 축선들 각각을 따라 상기 진동원에서 상기 페이로드 질량체를 분리하도록 동작되는 액티브 진동분리 시스템(10).
제5항에 있어서, 상기 축선들이 서로 직교하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제5항에 있어서, 상기 제1보강 작동기의 상기 제1표면(14)은 상기 제1표면과 상기 소형 물체 사이에 배치된 전단 디커플러(282)에 의해 상기 소형 물체(18)에 결합되는 액티브 진동분리 시스템(10).
제5항에 있어서, 상기 센서(17)는 상기 소형 물체에 결합된 제1, 제2 및 제3센서들중의 하나이고, 상기 센서들 각각은 상기 축선들 각각에 평행한 방향으로의 상기 소형 물체의 운동을 감지하며 ; 제1, 제2 및 제3 게인모듈(24)을 통해 상기 센서들 각각이 상기 제1, 제2 및 제3보강 작동기들 각각에 결합되는 액티브 진동분리 시스템(10).
제1항에 있어서, 상기 센서신호는 속도신호이고, 상기 회로는 상기 속도신호를 적분하여 변위신호를 유도하고 이 변위신호의 출력을 갖는 속도 적분기 스테이지(80)를 포함하며, 상기 게인모듈(24)이 상기 속도 적분기의 상기 출력에 결합되는 액티브 진동분리 시스템(10).
제1항에 있어서, 상기 게인모듈(24)은 상기 센서(17)로부터의 DC 전압을 차단하는 DC 차단 스테이지(140)를 포함하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제10항에 있어서, 상기 DC 차단 스테이지(140)는 전달함수로서를 갖고, S는 라플라스변환 연산자이며 W₁은 약 0.3Hz의 주파수인 액티브 진동분리 시스템(10).
제11항에 있어서, 상기 DC 차단 스테이지(140)가 아날로그 스테이지인 액티브 진동분리 시스템(10).
제1항에 있어서, 상기 게인모듈(24)은의 전달함수를 갖는 저주파 보상 스테이지(110)를 포함하고, S는 라플라스 변환 연산자, T_c1은 소정의 제1시정수, T_c2는 상기 제1시정수보다 약 20배 짧은 소정의 제2시정수인 액티브 진동분리 시스템(10).
제13항에 있어서, 상기 센서(17)는 서스펜션 주파수를 갖고, T_c1이 상기 서스펜션 주파수에 매칭하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제1항에 있어서, 상기 소정 범위의 질량이 500 내지 2,000 1b인 액티브 진동분리 시스템(10).
제1항에 있어서, 상기 게인모듈은 상기 패시브 분리기(20)의 공진주파수 영역에 위상 리드(phase lead)를 더하는 리드위상 증가 스테이지(160)를 포함하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제16항에 있어서, 상기 리드위상 증가 스테이지(160)가 적어도 40도의 상기 주파수 영역에서 상기 센서신호의 위상 시프트를 초래하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제16항에 있어서, 상기 리드위상 증가 스테이지(160)가 극과 제로가 각각 2개인 2개의 직렬접속 아날로그 리드 래그 스테이지들을 포함하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제1항에 있어서, 상기 게인모듈(24)은 상기 센서신호상에서 동작하여 상기 보강 작동기와 상기 소형 물체의 스프링상수에 의해 형성된 공진주파수보다 상당히 작은 주파수 도메인내의 한 포인트에서 게인을 1까지 감소시키는 고주파 게인감소 스테이지(230,250)를 포함하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제19항에 있어서, 상기 고주파 게인감소 스테이지(230,250)는의 전달함수를 갖고, S는 라플라스 변환 연산자이고 1/T_c3는 주파수 도메인내에서 상기 게인이 1로 되는 포인트인 액티브 진동분리 시스템(10).
제19항에 있어서, 상기 고주파 게인감소 스테이지(230,250)가 아날로그 스테이지인 액티브 진동분리 시스템(10).
제21항에 있어서, 상기 고주파 게인감소 스테이지(230,250)는 상기 게인이 1로 되는 포인트보다 앞의 제1주파수에서는 극을 갖고 상기 게인이 1로 되는 포인트 이후의 제2주파수에서는 제로를 갖는 2개의 직렬접속 래그 리드 스테이지를 포함하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제19항에 있어서, 상기 공진주파수가 약 1500Hz이고, 상기 주파수 도메인내의 상기 게인이 1로 되는 포인트가 약 350Hz로 설정되는 액티브 진동분리 시스템(10).
제1항에 있어서, 상기 게인모듈은 상기 소형 물체(18), 상기 페이로드 질량체(M_p) 및 상기 패시브 분리기(20)의 상호작용으로 유발된 공진주파수에서 낮은 게인의 노치를 갖는 노치필터 스테이지(400)를 포함하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제24항에 있어서, 상기 노치필터 스테이지(400)의 노치가 약300Hz인 액티브 진동분리 시스템(10).
제24항에 있어서, 상기 노치필터 스테이지(400)의 DC 게인이 거의 1인 액티브 진동분리 시스템(10).
소정 범위의 질량을 갖는 페이로드 질량체(M_p)를 진동하는 바닥(F)에서 분리하는 액티브 진동분리 시스템(10)으로서; 상기 소정 범위의 질량보다 적어도 1단위 적은 질량을 갖는 소형 물체(18); 제1 및 제2의 대향 표면으로서 윗면(14)과 아랫면(9)을 갖고, 이 표면들 사이의 길이가 가변적이며, 상기 가변 길이는 수신된 작동기 제어신호에 응답하여 변화하고, 상기 제1표면은 상기 소형 물체에 결합되어 상기 소형 물체를 지나는 축선에 평행하게 배치되는 적어도 하나의 보강 작동기(12); 상기 소형 물체와 페이로드 질량체 사이에 삽입되고 상기 보강 작동기에 대해 반대쪽의 축방향으로 배치되는 패시브 분리기(20); 및 상기 소형 물체(18)상에 장착되어 소형 물체의 절대속도를 측정하여 속도신호를 생성하는 지오폰 센서로서, 상기 지오폰과 상기 보강 작동기에 결합된 회로에서 상기 속도신호를 수신하고 적분하여 변위신호를 구하며, 상기 변위신호의 함수로서 상기 작동기 제어신호를 생성하는 지오폰 센서(17)를 포함하고, 상기 페이로드 질량체와 진동원 사이에 배치되는 액티브 진동분리 시스템(10).
제27항에 있어서, 상기 보강 작동기(12)가 상기 소형 물체(18)와 바닥(F)의 진동원 사이에 배치되는 액티브 진동분리 시스템(10).
제28항에 있어서, 상기 페이로드 질량체(M_p)에 대한 상기 소형 물체(18)의 질량의 비가 1/50~1/200 범위에 있는 액티브 진동분리 시스템(10).
소정 범위내의 질량을 갖고 제1축선을 따라 패시브 분리기 장착부에 힘을 가하는 질량체(M_p)를 가진 페이로드(M)를 지지하기에 적합한 패시브 분리기(20) 장착부; 상기 페이로드(M)에 결합되어 상기 제1축선에 평행한 방향으로의 페이로드의 절대속도를 감지하는 적어도 하나의 페이로드 속도센서(26); 상기 패시브 분리기(20) 장착부를 지지하고 상기 페이로드 질량체(M_p) 반대쪽에 배치되며, 상기 소정의 질량 범위보다 적어도 1 단위 낮은 질량을 갖도록 선택되는 소형 물체(18); 상기 소형 물체(18)에 결합되어 상기 제1축선에 평행한 방향으로의 소형 물체의 절대속도를 감지하는 적어도 하나의 소형 물체 속도센서(17); 상기 소형 물체(18)에 인접하게 상기 패시브 분리기(20) 장착부 반대쪽에 배치되고, 그의 길이는 인가되는 제어신호의 함수로서 변하게 되며 상기 제1축선과 정렬되는 적어도 하나의 제1보강 작동기(12); 및 상기 센서들(17,26)에 결합된 입력들과 상기 제1보강 작동기(12)에 결합된 적어도 하나의 출력을 갖고, 상기 센서들(17,26)로부터의 상기 입력에 나타나는 입력신호의 함수로서 생성되는 제어신호로써 상기 페이로드의 진동을 보상하기 위해 상기 제1보강 작동기(12)를 제어하도록 작동가능한 제어회로를 포함하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제30항에 있어서, 상기 제어회로는 상기 소형 물체의 속도신호를 적분하여 소형 물체의 변위신호를 구하는 적분기 스테이지(80)를 포함하고, 상기 소형 물체의 변위신호의 함수로서 상기 제어신호를 생성하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제30항에 있어서, 상기 보강 작동기(12)가 압전모터인 액티브 진동분리 시스템(10).
제30항에 있어서, 상기 페이로드의 질량체(M_p)에 대한 상기 소형 물체(18)의 질량의 비가 1/50~1/200범위에 있는 액티브 진동분리 시스템(10).
제30항에 있어서, 상기 제1축선에 대해 각을 이루도록 배치된 제2축선을 따라 상기 소형 물체와 물리적으로 소통되고, 그의 길이는 인가되는 제2제어신호의 함수로서 상기 제2축선을 따라 가변적인 적어도 하나의 레이디얼 보강 작동기(636); 상기 페이로드 질량체에 결합되어 상기 제2축선에 평행한 방향으로 페이로드 질량체의 제2절대속도를 감지하여 제2페이로드 질량체 속도신호를 생성하는 제2페이로드 센서(734); 및 상기 소형 물체에 결합되어 상기 제2축선에 평행한 방향으로 소형 물체의 제2속도를 감지하여 제2소형 물체 속도신호를 생성하는 제2소형 물체 속도 센서(694)를 더 포함하며, 상기 제어회로는 제2페이로드 질량체와 소형 물체 속도신호들을 수신하여 그의 함수로서 제2제어신호를 전달하도록 동작가능하고, 상기 레이디얼 보강 작동기는 상기 제2제어신호에 의해 제어되어 상기 제2축선에 평행한 방향으로 발생하는 진동을 보상하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제34항에 있어서, 상기 축선들이 서로 직교하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제34항에 있어서, 상기 보강 작동기(636)에 인접한 레이디얼 전단 디커플러(640)와 제1보강 작동기(634)에 인접한 제1전단 디커플러(642)를 더 포함하고, 상기 전단 디커플러 각각은 각각의 정렬된 축선에 직교하는 방향으로 상기 보강 작동기들 각각이 받는 전단력을 감소시키도록 작동하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제34항에 있어서, 상기 소형 물체와 물리적으로 소통되고 상기 제1 및 제2축선에 대해 각을 이루는 제3축선을 따라 배치되며, 그의 길이는 인가되는 제3제어신호의 함수로서 변화하며 상기 제3축선과 정렬되는 제2레이디얼 보강 작동기(798); 상기 페이로드 질량체에 결합되어 상기 제3축선에 평행한 방향으로 페이로드 질량체의 제3속도를 감지하는 제3페이로드 질량체 속도센서; 및 상기 소형 물체에 결합되어 상기 제3축선에 평행한 방향으로 소형 물체의 제3속도를 감지하는 제3소형 물체 속도센서(774)를 더 포함하며, 상기 제어회로는 제3소형 물체와 페이로드 질량체 센서들로부터의 제3속도신호를 수신하도록 작동하고, 상기 제3속도신호의 함수로서 상기 제3제어신호를 생성하며, 상기 제2레이디얼 보강 작동기는 상기 제3제어신호를 수신하여 상기 제3축선과 평행하게 진동을 보상하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제37항에 있어서, 상기 제3축선이 상기 제1 및 제2축선들중 적어도 하나와 직교하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제37항에 있어서, 상기 제2레이디얼 보강 작동기(798)가 압전모터이고, 상기 제2레이디얼 보강 작동기를 상기 제3축선에 평행한 방향으로 압축시키는 수단을 더 포함하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제34항에 있어서, 상기 레이디얼 보강 작동기(636)가 압전모터이고, 상기 제2축선에 평행한 방향으로 상기 레이디얼 보강 작동기를 압축하는 수단을 더 포함하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제30항에 있어서, 상기 소형 물체(18)와 바닥(F)의 진동원중에서 선택된 하나와 상기 제1보강 작동기(636)사이에 배치되고, 상기 제1축선에 직교하는 방향으로 상기 제1보강 작동기에 인가되는 전단력을 감소시키도록 작용하는 전단 디커플러(640)를 더 포함하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제41항에 있어서, 상기 전단 디커플러(640)는 수직 강성보다 1단위 이상 작은 레이디얼 강성을 갖는 탄성중합체의 얇은 디스크를 포함하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제42항에 있어서, 상기 전단 디커플러(640)는 상기 탄성중합체의 얇은 디스크의 대향면에 인접하게 배치된 2개의 단단한 디스크가 더 포함하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제30항에 있어서, 상기 속도센서들(694)이 지오폰인 액티브 진동분리 시스템(10).
전기적 제어신호에 응답하는 복수의 보강 작동기들(12a,12b,12c)을 이용하여, 서로 각도를 이루어 형성된 2개 이상의 축선상에서 진동하는 바닥(F)으로부터 페이로드 질량체(M_p)를 분리하며, 각각의 보강 작동기에는 대향하는 제1 및 제2표면으로서 윗면(14)과 아랫면(9)이 형성되어 이들 표면 사이에서 가변적인 길이를 갖고, 상기 길이는 상기 전기적 제어신호들중의 적어도 하나의 함수값을 갖는 액티브 진동분리 시스템에 있어서 ; 상기 각 보강 작동기의 상기 제1표면에 인접 배치되고, 상기 제1표면에 인접한 단단한 제1디스크(342), 상기 제1표면에서 멀리 배치된 단단한 제2디스크(344), 및 상기 제1 및 제2디스크 사이에 배치된 탄성중합체 디스크(340)를 포함하고, 상기 길이에 직교하는 임의의 방향으로 상기 보강 작동기에 작용하는 힘을 감소시키도록 작용하는 전단 디커플러(282)를 포함하는 액티브 진동분리 시스템(10).
제45항에 있어서, 상기 전단 디커플러(282)의 형상계수가 적어도 8인 액티브 진동분리 시스템(10).
제45항에 있어서, 상기 제1 및 제2 디스크(342,344)가 금속으로 구성되는 액티브 진동분리 시스템(10).
제45항에 있어서, 축방향으로의 각각의 전단 디커플러(282)에 대한 적어도 하나의 보강 작동기의 강성비가 상기 축방향에 직교하는 레이디얼 방향으로의 상기 디커플러에 대한 상기 보강 작동기의 강성비의 약 10배인 액티브 진동분리 시스템(10).
공동(604)을 형성하는 측벽을 갖는 외부 케이스(602); 상기 케이스의 모든 면에서 떨어져 위치하도록 상기 공동내에 적어도 부분적으로 수용될 정도의 크기를 가지며, 소정 범위의 페이로드 질량체보다 적어도 1단위 적은 질량을 갖도록 선택되며, 페이로드 질량체에 결합되기에 적합한 소형 물체(610); 상기 측벽 및 하중 축선과 교차하면서 서로 각을 이루는 제1 및 제2축선들; 상기 제1, 제2 및 하중 축선들 각각에 대해, 인가되는 제어신호에 따라 길이가 변하며, 상기 가변 길이가 각 축선에 평행하도록 배치되고, 상기 소형 물체를 상기 케이스로부터 이격시키는데 사용되는 적어도 하나의 보강 작동기(614,616,618); 각 축선에 대해, 상기 소형 물체에 연결되어 속도신호를 생성하도록 동작가능한 센서(694,695,697); 및 상기 센서로부터 상기 속도신호를 수신하여 이 신호에 응답해 복수의 제어신호들을 생성하며, 상기 제어신호들을 상기 보강 작동기들 각각에 인가하여 상기 가변 길이를 변화시키는 보상회로를 포함하는, 페이로드(M)분리용 액티브 진동분리 시스템(10).
제49항에 있어서, 상기 복수의 보강 작동기들(614,616,618)은 그 길이가 서로 평행하고 상기 제어신호들 각각에 응답해 평행하게 작동되는 시스템(10).
제49항에 있어서, 상기 소형 물체와 페이로드 질량체를 연결하는 패시브 분리기(706)를 더 포함하는 시스템(10).
제49항에 있어서, 상기 3개의 축선이 서로 직교하는 시스템(10).
제49항에 있어서, 각각의 보강 작동기(614,616,618)에 대해서 상기 소형 물체와 케이스중의 하나와 상기 보강 작동기 사이에 배치되고, 상기 보강 작동기의 축선에 평행한 방향의 강성이 작동기의 축선에 직교하는 방향의 강성보다 적어도 2단위 큰 전단 디커플러(620)를 더 포함하는 시스템(10).
제53항에 있어서, 상기 전단 디커플러(620)각각은 탄성중합체에 비해 비교적 유연하지 않은 재료로 된 제1 및 제2금속판들(622,626)사이에 배치된 탄성중합체 웨이퍼(624)를 포함하고, 상기 제1부품은 상기 보강 작동기에 인접하게 배치되는 시스템(10).
제54항에 있어서, 상기 보강 작동기들(614,616,618)중 제1보강 작동기는 상기 제1축선을 따라 가변적 길이를 가지며, 상기 제1축선을 따라 상기 제1보강 작동기에 압축력이 인가되며, 상기 제1보강 작동기와 상기 소형 물체 사이에 상기 전단 디커플러들(620)각각이 배치되고 ; 나머지 2개의 축선들중 적어도 하나는 상기 제1축선에 직교하는 평면에 있고, 상기 평면의 일측으로 상기 페이로드 질량체를 수용하기에 적합하며, 상기 전단 디커플러들(620) 각각의 탄성중합체의 위치는 거의 상기 평면에 또는 상기 페이로드 질량체의 반대쪽인 상기 평면의 다른 측면에 있는 시스템(10).
제49항에 있어서, 상기 보강 작동기(614,616,618)가 압전모터이고, 항상 각 축선에 평행한 방향으로 상기 압전모터에 압축력을 가하는 수단을 포함하는 시스템(10).
제56항에 있어서, 상기 페이로드의 중량에 의해 상기 소형 물체를 통해 상기 압전모터들중의 적어도 하나에 압축력이 가해지는 시스템(10).
제56항에 있어서, 상기 페이로드 질량체(M_p)가 상기 소형 물체위에 배치되고, 상기 압전모터들중 적어도 하나에 중량에 의한 압축력을 가하는 시스템(10).
제49항에 있어서, 상기 보강 작동기(614,616,618)중 적어도 하나의 작동기에 대해, 상기 케이스와 상기 보강 작동기 사이에 압축력을 가하기 위해 상기 적어도 하나의 보강 작동기의 축상에 배치되는 너트(665a,665b)를 더 포함하는 시스템(10).
제59항에 있어서, 상기 보강 작동기(614,616,618)의 축이 상기 측벽, 상기 소형 물체 및 반대쪽 측벽을 통해 연장되고, 상기 너트(665a,665b)는 상기 소형 물체에 인접하고 상기 보강 작동기 반대쪽에 있도록 상기 축선 둘레에 배치되는 시스템(10).
제49항에 있어서, 상기 반대쪽 측벽내의 상기 축 둘레에 형성된 상기 케이스(602)내의 구멍과 상기 반대쪽 측벽에 부착된 리테이너판 (670)을 더 포함하고, 상기 너트(665a,665b)가 상기 소형 물체와 상기 리테이너판 사이에 압축력을 가하는 시스템(10).
제49항에 있어서, 상기 너트(665a,665b)와 소형 물체 사이의 상기 축상에 배치되는 제2전단 디커플러(640)를 더 포함하고 상기 축에 평행한 방향으로의 상기 디커플러의 탄성율은 상기 축에 직교하는 방향으로의 상기 제2디커플러의 탄성율보다 적어도 2단위 더 큰 시스템(10).
제48항에 있어서, 상기 너트(665a,665b)는 적어도 하나의 접시와셔를 포함하는 시스템(10).
제63항에 있어서, 상기 너트(665a,665b)는 적어도 제1 및 제2 접시와셔를 포함하고, 상기 제1와셔의 외부 림은 상기 제2와셔의 외부 림과 결합되는 시스템(10).
제49항에 있어서, 상기 축들이 교차하는 시스템(10).
페이로드 질량체를 패시브 분리기상에 배치하는 단계; 소정 범위의 페이로드 질량체보다 적어도 1단위 작은 소형 물체에 패시브 분리기를 결합시키는 단계; 적어도 하나의 보강 작동기를 이용해 진동하기 쉬운 바닥면으로부터 상기 소형 물체를 지지하는 단계; 상기 소형 물체의 운동을 감지하는 단계; 상기 소형 물체 운동의 함수인 소형 물체 센서신호를 생성하는 단계; 상기 소형 물체 센서신호의 함수인 제어신호를 생성하는 단계; 제어신호를 보강 작동기에 인가하는 단계; 및 상기 인가 단계에 응답하여, 보강 작동기의 길이를 변화시킴으로써 페이로드 질량체의 진동을 감소시키는 단계를 포함하는, 페이로드 질량체를 진동으로부터 능동적으로 분리하는 방법.
제66하에 있어서, 상기 센서신호가 소형 물체의 속도함수인 방법.
제67항에 있어서, 상기 센서신호를 적분하여 소형 물체 변위신호를 구하는 단계; 및 상기 제어신호를 상기 소형 물체의 변위신호의 함수로서 유도하는 단계를 더 포함하는 방법.
제66항에 있어서, 상기 센서신호를 변경하여 액티브 진동분리 시스템의 적어도 하나의 공진주파수를 보상하는 단계; 및 상기 제어신호를 변경된 센서신호의 함수로서 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
제66항에 있어서, 페이로드 질량체의 운동을 감지하는 단계; 페이로드 질량체의 센서신호를 페이로드 질량체의 운동의 함수로서 생성하는 단계; 및 상기 제어신호들 센서신호 및 페이로드 질량체의 센서신호의 함수로서 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
서로 각을 이루어 배치된 각 축선을 따라 정렬된 가변적인 길이를 가진 제1 및 제2보강 작동기에 페이로드 질량체를 결합하는 단계; 각 축선에 평행한 제1 및 제2방향 각각에서 페이로드 질량체에 관련된 운동을 감지하는 단계; 상기 제1방향으로의 운동의 함수로서 제1제어신호를 생성하는 단계; 상기 제2방향으로의 운동의 함수로서 제2제어신호를 생성하는 단계; 상기 제1 및 제2보강 작동기들에 각각 제1 및 제2 제어신호를 인가하는 단계; 상기 인가단계에 응답하여, 제1 및 제2방향에서 감지된 운동량과 같은 양만큼 상기 제1 및 제2 보강 작동기들의 길이를 변화시키는 단계; 상기 제2보강 작동기의 길이를 변화시켜서 생기는 제1보강 작동기상의 전단력을 분리하는 단계; 및 제1보강 작동기의 길이를 변화시켜서 생기는 제2보강 작동기상의 전단력을 분리하는 단계를 포함하는, 페이로드 질량체를 진동으로부터 능동적으로 분리하는 방법.
제71항에 있어서, 소정 범위의 페이로드의 질량보다 적어도 1 단위 작은 소형 물체를 통해 보강 작동기에 페이로드 질량체를 결합하는 단계를 더 포함하는 방법.
제72항에 있어서, 패시브 분리기로써 소형 물체를 페이로드 질량체에 결합하는 단계를 더 포함하는 방법.
제71항에 있어서, 패시브 분리기를 통해 페이로드 질량체를 보강 작동기에 결합하는 단계를 더 포함하는 방법.
제71항에 있어서, 상기 보강 작동기가 압전모터인 방법.
제71항에 있어서, 상기 제1 및 제2축선들에 대해 각을 이루어 배치된 제3축선과 정렬된 가변 길이를 갖는 제3보강 작동기를 페이로드 질량체에 결합하는 단계; 상기 제3축선에 평행한 제3방향으로 상기 페이로드 질량체에 관련된 운동을 감지하는 단계; 상기 제3방향으로의 상기 운동의 함수로서 제3제어신호를 생성하는 단계; 상기 제3제어신호를 제3보강 작동기에 인가하는 단계; 상기 인가단계에 응답하여, 제3방향으로 감지된 운동량과 동일하게 상기 제3보강 작동기의 길이를 변화시키는 단계; 제1 및 제2 보강 작동기의 길이를 변화시켜서 생긴 전단력을 상기 제3보강 작동기에서 분리하는 단계; 및 제3보강 작동기의 길이를 변화시켜서 생기는 제1 및 제2 보강 작동기상의 전단력을 분리하는 단계를 더 포함하는 방법.
서로 각을 이루게 배치된 제1 및 제2축선을 따라 정렬된 가변적 길이를 가지며, 제1단부는 페이로드 질량체에 연결되며, 제2단부는 진동에 민감한 바닥에 연결되는 제1 및 제2보강 작동기; 상기 제1축선에 평행한 제1방향과 상기 제2축선에 평행한 제2방향으로 상기 페이로드 질량체에 관련된 운동을 감지하도록 페이로드 질량체에 연결되고, 각각 제1 및 제2 센서신호를 생성하는 제1 및 제2센서; 및 상기 제1센서신호의 함수로서 제1제어신호를 생성하고 상기 제2센서신호의 함수로서 제2제어신호를 생성하도록 상기 제1 및 제2센서에 접속된 회로를 포함하는, 페이로드 질량체를 분리하기 위한 액티브 진동분리 시스템.
진동에 민감한 바닥과 페이로드 질량체 사이에 축선을 따라 정렬된 가변적인 길이를 갖는 적어도 하나의 보강 작동기를 결합되는 단계; 상기 축선에 평행한 방향으로 페이로드 질량체에 관련된 속도를 감지하도록 지오폰을 이용하는 단계; 상기 지오폰 이용단계에 응답하여, 속도신호를 생성하는 단계.
제78항에 있어서, 소정 범위의 페이로드 질량보다 적어도 1단위 작은 질량의 소형 물체를 선택하는 단계; 패시브 분리기를 이용해 소형 물체에 페이로드를 결합하는 단계; 및 지오폰을 이용하여 소형 물체의 속도를 감지하는 단계를 더 포함하는 방법.
페이로드 질량체를 지지하기에 적합한 패시브 분리기; 소정 범위의 페이로드의 질량보다 적어도 1 단위 작은 질량을 갖고, 상기 패시브 분리기에 결합되며 상기 페이로드 질량체의 반대쪽에 배치되는 소형 물체; 상기 소형 물체에 결합되어 소형 물체의 운동함수로서 소형 물체 센서신호를 생성하는 센서; 상기 센서에 접속되고 소형 물체 센서신호의 함수로서 제어신호를 생성하기에 적합한 회로; 및 진동원과 상기 소형 물체 사이에 배치되고, 상기 회로에 결합되어 상기 제어신호가 인가되며, 상기 페이로드 질량체의 진동을 감쇠시키도록 상기 제어신호의 함수로서 길이가 변화하는 적어도 하나의 보강 작동기를 포함하는 액티브 진동분리 시스템.