RU2728914C1 - Device for active vibration protection of electronic equipment - Google Patents
Device for active vibration protection of electronic equipment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2728914C1 RU2728914C1 RU2019132008A RU2019132008A RU2728914C1 RU 2728914 C1 RU2728914 C1 RU 2728914C1 RU 2019132008 A RU2019132008 A RU 2019132008A RU 2019132008 A RU2019132008 A RU 2019132008A RU 2728914 C1 RU2728914 C1 RU 2728914C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- converter
- mechanical
- electronic equipment
- plate
- electrical energy
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F3/00—Spring units consisting of several springs, e.g. for obtaining a desired spring characteristic
- F16F3/08—Spring units consisting of several springs, e.g. for obtaining a desired spring characteristic with springs made of a material having high internal friction, e.g. rubber
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам защиты печатных плат от действия вибраций.The invention relates to the field of instrumentation, in particular to devices for protecting printed circuit boards from vibration.
Известно активное устройство амортизации вибраций (патент РФ №2416551 приоритет от 03.01.2006, «Активное устройство амортизации вибраций, испытываемых хрупким элементом движущегося оборудования с автоматическим питанием» авторов Бланшар Лоран, Дюпюи Жан, МПК: F16F 15/00, B64G 1/38, опубликовано 20.04.2011 г. Бюл. №11). Изобретение касается устройства амортизации вибраций для перемещаемого оборудования, оборудования с таким устройством и применения этого устройства в космической области. Устройство амортизации вибраций содержит конструкцию, с которой соединены первый элемент и второй хрупкий элемент, защищаемые от упомянутых вибраций, первые средства пьезоэлектрического преобразования, включенные между конструкцией и первым элементом и установленные для преобразования механической энергии вибрации конструкции в электрическую энергию, один датчик, соединенный с конструкцией и установленный для выдачи сигналов измерения, характерных для вибраций, испытываемых упомянутым оборудованием, средства контроля, электрически питаемые упомянутой электрической энергией и установленные для получения из каждого измерительного сигнала одной амплитуды перемещения. Амплитуда перемещения предназначена для компенсации упомянутых вибраций, испытываемых конструкцией, а также для выдачи сигналов управления, характерных для каждой определенной амплитуды. Вторые средства пьезоэлектрического преобразования устройства амортизации вибраций включены между конструкцией и вторым элементом и установлены для преобразования упомянутых сигналов управления в перемещение(я) таким образом, чтобы частично амортизировать для второго элемента вибрации, испытываемые упомянутым оборудованием.An active vibration damping device is known (RF patent No. 2416551 priority dated 01/03/2006, "Active vibration damping device experienced by a fragile element of moving equipment with automatic power supply" authors Blanchard Laurent, Dupuis Jean, IPC: F16F 15/00, B64G 1/38, published on April 20, 2011, Bulletin No. 11). The invention relates to a vibration damping device for movable equipment, equipment with such a device and the use of this device in the space field. The vibration damping device comprises a structure to which the first element and the second fragile element are connected, protected from the mentioned vibrations, the first piezoelectric conversion means included between the structure and the first element and installed to convert the mechanical vibration energy of the structure into electrical energy, one sensor connected to the structure and installed to provide measurement signals characteristic of vibrations experienced by said equipment, control means electrically powered by said electrical energy and installed to obtain from each measurement signal a single displacement amplitude. The amplitude of displacement is designed to compensate for the mentioned vibrations experienced by the structure, as well as to issue control signals characteristic of each defined amplitude. Second piezoelectric conversion means of the vibration damping device are included between the structure and the second element and are installed to convert said control signals into movement (s) so as to partially damp vibrations for the second element experienced by said equipment.
Недостатками известного устройства являются сложная схема исполнения, неэффективность защиты от высоких уровней вибрации из-за применения пьезоэлектрических средств защиты.The disadvantages of the known device are the complex design, the ineffectiveness of protection against high levels of vibration due to the use of piezoelectric protection.
Известно устройство активной виброзащиты электронной аппаратуры (Лысенко А.В. диссертация «ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ АКТИВНОЙ ВИБРОЗАЩИТОЙ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ» г. Пенза 2014, стр. 80-100 рис. 3.3, рис. 3.5, рис. 4.10), содержащее последовательно электрически соединенные первичный преобразователь первого активного амортизатора (преобразователь механической энергии в электрическую), блок управления, и четыре активных амортизатора (преобразователь электрической энергии в механическую). На активных амортизаторах установлена платформа, внешняя поверхность которой предназначена для крепления радиоэлектронных устройств, а внутреннюю поверхность крепится блок управления. Сигнал, исходящий от источника вибрации, поступает на активные амортизаторы. С помощью первичного преобразователя первого амортизатора происходит снятие показаний вибрации и передача их в функциональный преобразователь (блок управления). В нем сигнал усиливается до необходимого уровня с помощью усилителя (усилитель заряда) и преобразуется в цифровой для дальнейшей обработки. Цифровой сигнал поступает на синтезатор разности сигналов, в котором по закону преобразования формируется четыре сигнала. Генератор по разработанному алгоритму сдвигает фазу каждого канала на необходимый угол (фазовращатель). После цифро-аналоговых преобразований сигналы, проходя через соответствующие усилители, поступают на активные амортизаторы и, благодаря суммированию сигналов, выводится сигнал необходимого уровня на объект виброзащиты. Первый активный амортизатор (виброамортизатор) с первичным преобразователем состоит из катушки индуктивности, закрепленной на штоке в постоянном магнитном поле, с помощью которой измеряется значение амплитуды внешнего вибрационного воздействия, поступающее на амортизатор. Шток закреплен на верхнем и нижнем подвесах, которые играют роль мембран для развязки механических колебаний, воздействующих на шток и постоянные магниты. Сигнал с измерительной катушки индуктивности, амплитуда которого изменяется в противофазе с внешней вибрацией, поступает в функциональный преобразователь, в котором осуществляется усиление сигнала по амплитуде, вводится фазовое рассогласование, а также происходят цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразования. С выхода блока обработки сигнал направляется на задающую катушку индуктивности, расположенную на том же штоке, что и измерительная катушка, но в магнитном поле второго постоянного магнита. В результате возбуждается вибрационное воздействие, сдвинутое по фазе относительно входного воздействия. Наложение двух вибрационных сигналов на один шток обеспечивает компенсирующий эффект, гасящий внешнее вибрационное воздействие и снижающий амплитуду вибраций РЭУ в целом. Особо значителен эффект виброгашения на резонансных частотах. Данное устройство выбрано в качестве наиболее близкого аналога, которое является электромеханической системой активной виброзащиты. Электромеханическая система предназначена для защиты от инфранизких частот. Она обладает преимуществами, свойственными электрогидравлическим системам. Частотный диапазон действия электромеханических систем значительно уже, и система будет работоспособной только до частот не выше 5-10 Гц. Отличительная особенность электромеханических систем заключается в выполнении силового привода в виде следящей системы (электрической), которая воздействует на исполнительный механизм.Known device for active vibration protection of electronic equipment (Lysenko AV thesis "INFORMATION-MEASURING SYSTEM OF CONTROL OF ACTIVE VIBRATION PROTECTION OF RADIO-ELECTRONIC DEVICES", Penza 2014, pp. 80-100 Fig. 3.3, Fig. 3.5, Fig. 4.10), containing sequentially connected primary converter of the first active shock absorber (converter of mechanical energy into electrical energy), a control unit, and four active shock absorbers (converter of electrical energy into mechanical energy). A platform is installed on the active shock absorbers, the outer surface of which is intended for fastening radio electronic devices, and the inner surface of the control unit is attached. The signal from the vibration source goes to the active dampers. With the help of the primary transducer of the first shock absorber, vibration readings are taken and transferred to a functional transducer (control unit). In it, the signal is amplified to the required level using an amplifier (charge amplifier) and converted into digital for further processing. The digital signal is fed to the signal difference synthesizer, in which four signals are formed according to the transformation law. The generator, according to the developed algorithm, shifts the phase of each channel by the required angle (phase shifter). After digital-to-analog conversions, the signals, passing through the corresponding amplifiers, are fed to the active shock absorbers and, thanks to the summation of the signals, a signal of the required level is output to the vibration protection object. The first active shock absorber (vibration shock absorber) with a primary transducer consists of an inductance coil attached to a rod in a constant magnetic field, which is used to measure the value of the amplitude of the external vibration effect entering the shock absorber. The stem is fixed on the upper and lower suspensions, which act as membranes for decoupling mechanical vibrations affecting the stem and permanent magnets. The signal from the measuring inductance coil, the amplitude of which changes in antiphase with the external vibration, enters the functional converter, in which the signal is amplified in amplitude, the phase mismatch is introduced, and digital-to-analog and analog-to-digital conversions take place. From the output of the processing unit, the signal is directed to a master inductor located on the same rod as the measuring coil, but in the magnetic field of the second permanent magnet. As a result, a vibration action is excited that is phase-shifted relative to the input action. The superposition of two vibration signals on one rod provides a compensating effect that dampens the external vibration impact and reduces the vibration amplitude of the REU as a whole. The effect of vibration damping at resonant frequencies is especially significant. This device was chosen as the closest analogue, which is an electromechanical active vibration protection system. The electromechanical system is designed to protect against infra-low frequencies. It has the advantages of electro-hydraulic systems. The frequency range of action of electromechanical systems is much narrower, and the system will be operational only up to frequencies not exceeding 5-10 Hz. A distinctive feature of electromechanical systems is the implementation of the power drive in the form of a tracking system (electrical), which acts on the actuator.
Недостатком данного устройства является сложная схема исполнения.The disadvantage of this device is its complex execution scheme.
Технической проблемой является создание эффективного устройства активной виброзащиты электронной аппаратуры.A technical problem is the creation of an effective device for active vibration protection of electronic equipment.
Техническими результатами, на достижение которых направлено изобретение, заключаются в упрощении конструкции, что влечет за собой повышение защиты от вибраций, повышение скорости срабатывания, так же увеличение надежности конструкции и помехоустойчивости.The technical results to be achieved by the invention are to simplify the design, which entails an increase in protection against vibrations, an increase in the response speed, as well as an increase in the reliability of the structure and noise immunity.
Данные технические результаты достигаются тем, что в устройстве активной виброзащиты электронной аппаратуры, содержащем последовательно электрически соединенные преобразователь механической энергии в электрическую, усилитель заряда, фазовращатель и преобразователь электрической энергии в механическую, последний из которых кинематически соединен с платформой, которая предназначена для крепления электронной аппаратуры новым является то, что платформа выполнена в виде упругой пластины, дополнительно введен металлический корпус, выполненный в виде полого прямоугольного параллелепипеда, в котором установлена упругая пластина таким образом, что она образует одну из его граней, при этом в металлическом корпусе установлен преобразователь электрической энергии в механическую, одна сторона которого закреплена на внутренней поверхности платформы, а другая сторона на внутренней поверхности основания металлического корпуса.These technical results are achieved by the fact that in a device for active vibration protection of electronic equipment, which contains a series-electrically connected mechanical-to-electrical converter, a charge amplifier, a phase shifter and an electrical-to-mechanical converter, the latter of which is kinematically connected to a platform that is designed for fixing electronic equipment with a new is that the platform is made in the form of an elastic plate, a metal body made in the form of a hollow rectangular parallelepiped is additionally introduced, in which an elastic plate is installed in such a way that it forms one of its faces, while a converter of electrical energy into mechanical is installed in the metal body , one side of which is fixed on the inner surface of the platform, and the other side on the inner surface of the base of the metal body.
Повышение надежности происходит за счет исключения пьезоэлектрического элемента (преобразователь электрической энергии в механическую является пассивным устройством), что также повышает помехозащищенность, а также обеспечивает возможность компенсировать более высокие уровни вибрации.The increase in reliability is due to the elimination of the piezoelectric element (the converter of electrical energy into mechanical energy is a passive device), which also increases noise immunity, and also provides the ability to compensate for higher levels of vibration.
Повышение быстродействия достигается за счет того, что устройство активной виброзащиты электронной аппаратуры является устройством, которое питается от внешнего источника питания, а, следовательно, не затрачивается время на достижение необходимого значения напряжения питания, также быстродействие повышается за того, что не требуется применение дополнительных устройств контроля.The increase in performance is achieved due to the fact that the device for active vibration protection of electronic equipment is a device that is powered from an external power source, and, therefore, no time is spent on reaching the required value of the supply voltage, and the performance is also increased due to the fact that no additional monitoring devices are required ...
Применение в качестве платформы упругой пластины позволяет исключить применение дополнительных упругих элементов на основе виброизоляторов (амортизаторов), что упрощает схему реализации и дополнительно повышает защиту от вибраций.The use of an elastic plate as a platform makes it possible to exclude the use of additional elastic elements based on vibration isolators (shock absorbers), which simplifies the implementation scheme and further increases the protection against vibration.
Концепция размещения системы защиты непосредственно на упругой пластине из состава малогабаритной бортовой аппаратуры позволяет упростить схему реализации защиты.The concept of placing the protection system directly on an elastic plate from the composition of small-sized on-board equipment makes it possible to simplify the protection implementation scheme.
На фиг. 1 представлен вариант устройства активной виброзащиты радиоэлектронных устройств, расположенных на печатной плате. На фиг. 2 - осевое сечение конструкции преобразователя электрической энергии в механическую.FIG. 1 shows a variant of a device for active vibration protection of electronic devices located on a printed circuit board. FIG. 2 - axial section of the structure of the converter of electrical energy into mechanical.
Устройство активной виброзащиты электронной аппаратуры (фиг. 1) содержит упругую пластину 1, преобразователь 2 механической энергии в электрическую, преобразователь 3 электрической энергии в механическую, металлический корпус 4 и усилитель заряда 5, фазовращатель 6.The device for active vibration protection of electronic equipment (Fig. 1) contains an
Упругая пластина 1 выполнена в виде подложки 1 печатной платы, на которой расположены ЭРИ (на фиг. 1 не показаны).The
Преобразователь 2 механической энергии в электрическую может быть выполнен в виде пьезоэлектрического акселерометра 2 и установлен на подложке 1.The
Усилитель 5 заряда и фазовращатель 6 могут быть реализованы на операционных усилителях и предназначены для усиления и изменения фазы входного сигнала, поступающего с пьезоэлектрического акселерометра 2. При этом преобразователь 2 механической энергии в электрическую, усилитель заряда 5, фазовращатель 6 и преобразователь 3 электрической энергии в механическую последовательно электрически соединены.The
Металлический корпус 4 выполнен в виде полого прямоугольного параллелепипеда, в котором установлена подложка 1 таким образом, что она образует одну из его граней.The
В металлическом корпусе 4 установлен преобразователь 3 электрической энергии в механическую, одна сторона которого установлена на внутренней поверхности подложки 1, а другая сторона на внутренней поверхности основания металлического корпуса 4, при этом преобразователь 3 электрической энергии в механическую, кинематически соединен с подложкой 1.In the
Преобразователь 3 электрической энергии в механическую (фиг. 2) содержит первую 7, второю 8 и третью 9 катушки индуктивности, корпус 10, крышку 11, втулку 12, шток 13, шайбу 16.The converter 3 of electrical energy into mechanical (Fig. 2) contains the first 7, the second 8 and the third 9 inductance coils,
Корпус 10 выполнен в виде кольца, на одном торце которого закреплена крышка 11 посредством винтов 14. Другой торец корпуса 10 закреплен на внутренней поверхности основания металлического корпуса 4 (на фиг. 2 не показан). В отверстии корпуса 10 (кольца 10) установлен шток 13 с возможностью осевого перемещения. Один конец штока 13 закреплен на подложке 1 печатной платы (на фиг. 2 не показана), на другом конце штока 13 закреплена шайба 16 винтом 17. В кольце 10 со стороны подложки 1 печатной платы выполнена выемка, в которой зафиксирована первая катушка 7 индуктивности, на внутренней поверхности первой катушки 7 индуктивности выполнен выступ. Между штоком 13 и кольцом 10 установлена втулка 12, на которой закреплен выступ первой катушки 7 индуктивности. В зазорах, образованных поверхностями штока 13, втулки 12, выступа первой катушки 7 индуктивности и внутренней поверхностью кольца 10, установлены соответственно вторая 8 и третья 9 катушки индуктивности с возможностью осевого перемещения, при этом вторая 6 и третья 7 катушки индуктивности кинематически соединены со штоком 13.The
В крышке 11 установлены контакты 15 для электрического соединения первой 7, второй 8 и третьей 9 катушек индуктивности с фазовращателем 6 (на фиг. 2 не показан).The
Пьезоэлектрическим акселерометром 2 является активный датчик, генерирующий электрический сигнал, пропорциональный механическим колебаниям подложки 1 печатной платы.The
Каждая катушка 7 (8, 9) индуктивности содержит цилиндрический каркас из немагнитного материала, на который намотана проволока.Each coil 7 (8, 9) inductance contains a cylindrical frame made of non-magnetic material, on which the wire is wound.
Устройство активной виброзащиты электронной аппаратуры работает следующим образом.The device for active vibration protection of electronic equipment works as follows.
Предварительно подается внешнее питание на операционные усилители усилителя 5 заряда и фазовращателя 6.The external power is pre-supplied to the operational amplifiers of the
При возникновении вибраций подложки 1 печатной платы (далее -печатной платы 1) пьезоэлектрический акселерометр 2 генерирует электрический сигнал, пропорциональный механическим колебаниям печатной платы 1. Далее указанный электрический сигнал через усилитель 5 заряда усиливается до необходимого уровня и подается на фазовращатель 6 для изменения фазы входного сигнала. С фазовращателя 6 электрический сигнал поступает на подвижные катушки 8 и 9 индуктивности.When vibrations of the
Провода катушек 8 и 9 индуктивности через крышку 11 выведены на контакты 15, через которые подается напряжение для приведения штока 13 в движение. Питание через фазовращатель 6 подается на катушку 7 индуктивности, посредством которой создается постоянное магнитное поле в зазорах, образованных поверхностями штока 13, втулки 12, выступа первой катушки 7 индуктивности и внутренней поверхностью кольца 10.The wires of the
Электрический сигнал с фазовращателя 6 подается на подвижные катушки 8 и 9 индуктивности.The electrical signal from the
Катушки 8 и 9 индуктивности двигаясь в постоянном магнитном поле, создаваемое катушкой 7 индуктивности преобразуют электрический сигнал, пропорциональный ему механический, для компенсации уровня вибрации подложки 1. Катушки 8 и 9, кинематически взаимодействуя со штоком 13, двигают его на амплитуду вибрации, но в противоположном направлении. Компенсация достигается тем, что сигнал с пьезоэлектрического акселерометра 2 и сигнал, поданный на подвижные катушки электромагнита, одинаковы по амплитуде и различны по фазе.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019132008A RU2728914C1 (en) | 2019-10-09 | 2019-10-09 | Device for active vibration protection of electronic equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019132008A RU2728914C1 (en) | 2019-10-09 | 2019-10-09 | Device for active vibration protection of electronic equipment |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2728914C1 true RU2728914C1 (en) | 2020-08-03 |
Family
ID=72086000
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019132008A RU2728914C1 (en) | 2019-10-09 | 2019-10-09 | Device for active vibration protection of electronic equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2728914C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5734246A (en) * | 1995-05-16 | 1998-03-31 | The Aerospace Corporation | Active piezo-electric vibration isolation and directional systems |
EP1422440A1 (en) * | 2002-11-25 | 2004-05-26 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG | Device and method for active control of vibrations of an element |
US20090218911A1 (en) * | 2006-01-03 | 2009-09-03 | Thales | Device for the Active Damping of the Vibrations Experienced by a Fragile Part of Moving Equipment, with Autonomous Power Supply |
RU2382368C1 (en) * | 2008-07-31 | 2010-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью " ДИАМЕХ 2000" | Device for measurement of vibration (versions) |
-
2019
- 2019-10-09 RU RU2019132008A patent/RU2728914C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5734246A (en) * | 1995-05-16 | 1998-03-31 | The Aerospace Corporation | Active piezo-electric vibration isolation and directional systems |
EP1422440A1 (en) * | 2002-11-25 | 2004-05-26 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG | Device and method for active control of vibrations of an element |
US20090218911A1 (en) * | 2006-01-03 | 2009-09-03 | Thales | Device for the Active Damping of the Vibrations Experienced by a Fragile Part of Moving Equipment, with Autonomous Power Supply |
RU2382368C1 (en) * | 2008-07-31 | 2010-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью " ДИАМЕХ 2000" | Device for measurement of vibration (versions) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10644579B2 (en) | Vibration energy harvesting damper | |
KR100801867B1 (en) | Tunable vibration absorption device | |
US7637359B2 (en) | Modular interface for damping mechanical vibrations | |
US8222775B2 (en) | Electromechanical energy harvesting system | |
US8973724B2 (en) | Vibration isolators and isolation systems | |
US20010042661A1 (en) | Apparatus with vibration-damped component, especially a brake | |
US9746047B2 (en) | Sound reduction or vibration damping apparatus and structural member | |
KR101034523B1 (en) | System and method for active vibration isolation and active vibration cancellation | |
US6305675B1 (en) | Oscillating force generator and vibration damper using the generator | |
EP1682792A2 (en) | Instrumented platform for vibration-sensitive equipment | |
RU2728914C1 (en) | Device for active vibration protection of electronic equipment | |
US5631506A (en) | Sloped facet electromagnetic actuator adapted for vibration compensation | |
JP2020045929A (en) | Vibration damping device and electric actuator | |
CN107525580B (en) | Built-in amplifying circuit annular shears piezoelectric element structure | |
JPH0384469A (en) | Acceleration sensor | |
EP0999379A2 (en) | Active vibration control | |
DK2748922T3 (en) | Energy Transfer unit | |
RU2650715C1 (en) | Linear accelerator sensor | |
JPH0915868A (en) | Passive vibration eliminating device | |
SU1462050A1 (en) | Automatically-controlled vibration isolating apparuts | |
RU2758892C1 (en) | Compensation pendulum accelerometer | |
RU94302U1 (en) | VIBRATOR WITH PIEZOACTUATOR VIBRATION BLOCK | |
SU1609512A1 (en) | Line electric drive | |
RU2717165C1 (en) | Seismic sensor | |
RU2709706C1 (en) | Frequency sensor of linear accelerations |