基于零长弹簧的超低频垂直隔振系统研究

设计并实现了一种基于零长弹簧的超低频垂直隔振系统。利用零长弹簧倾斜悬挂摆杆,通过精细调节可实现固有周期为20 s的机械振荡。利用光电探测技术检测摆杆的微小位移,并对摆杆进行比例积分微分控制(Proportional-Integral-Derivative,PID),有效补偿温度变化及弹簧蠕变引起的系统漂移,提高系统的稳定性。深入分析控制参数对系统周期特性的影响,反馈控制的积分项(I项)可补偿系统漂移,反馈控制的比例项(P项)可调节系统的刚度,而微分项(D项)可用于控制系统的阻尼系数。通过设置合适的控制参数,可以将系统的固有周期调节至30 s以上。该系统理论上可以实现超低频垂直隔振,有望应用于高精度绝对重力测量等精密物理实验研究。

基于两级摆杆结构的超低频垂直隔振系统

在许多精密科学实验和测试中,对地面垂直振动的有效隔离影响着实验结果和测试结果的精度.本文提出一种全新的两级摆杆结构的超低频垂直隔振系统,在原理分析的基础上,设计并实现了该系统的样机.两根水平摆杆放置在同一竖直平面,绕各自铰链旋转,上摆杆通过普通弹簧悬挂于基座,下摆杆通过零长弹簧悬挂于上摆杆.系统通过光电探测方法检测两根摆杆的夹角作为误差信号,经过闭环控制将反馈力作用于上摆杆,使两根摆杆的夹角为零.零长弹簧悬挂点的位置与系统刚度有着密切关系,通过精细地调节弹簧悬挂点的位置,合理地设置控制参数,可以实现一个本征频率低至0.01 Hz的系统.理论上,该系统相对于被动式垂直隔振系统具有更好的隔振效果和抗干扰能力,相对于传统的主动式垂直隔振系统体积更小,结构更简单,有望应用于精密物理实验和科学研究当中.

超低频被动垂直隔振系统研究

在扭杆弹簧的扭臂上安装附加质量构成了一种超低频被动垂直隔振系统 .理论分析和实验结果表明 ,带有附加质量的扭杆弹簧隔振系统具有良好的隔振性能和较长的共振周期 .在 1 0Hz处 ,隔振系统的检验质量对地脉动噪声的响应达到3× 1 0 -12 m/Hz1/2 .在 6Hz处 ,系统的隔振率为 - 6 0dB ,比无附加质量的系统降低近30dB .系统的共振周期可从无附加质量时的 5 .2s增加到 2 1 3s.

对称扭杆弹簧系统隔振性能研究

对扭杆弹簧隔振系统的研究表明 ,扭臂的质量对系统的性能有比较大的影响 .虽然系统可获得长的共振周期 ,但由于扭臂的质量不为零 ,地基振动的加速度被直接耦合进系统 。

固定相位振动噪声对绝对重力测量的影响

绝对重力仪在地球物理等领域有着广泛的应用,其普遍采用激光干涉式或原子干涉式的测量原理.现有的绝对重力仪主要利用垂直隔振系统来减小地面振动对参考镜的影响以提升仪器的测量精密度.但在激光干涉式绝对重力仪中,隔振系统对仪器自振效应等固定相位振动噪声的响应可能引入系统误差,即影响测量准确度;在原子干涉式绝对重力仪中也可能有尚未标定的振动来源通过隔振系统引入系统误差.本文对现有绝对重力仪中使用的4种典型隔振系统进行理论分析及仿真建模,以自振脉冲、地脉动和随机振动这3种典型信号为输入,分析激光干涉式绝对重力仪中隔振系统内参考镜的真实振动及其对重力测值的影响,并通过实验对比评估了其中两种系统在实际重力仪中的性能.结果表明,当仪器运行期间存在自振脉冲等固定相位振动噪声时,隔振系统中参考镜振动引入的系统误差可能达到10μGal (1μGal=1×10^(–8) m/s^(2))及以上.使用性能更好的隔振系统或在实际测量中对该系统误差进行修正,有望进一步提高国产激光干涉式绝对重力仪的测量精度.