本發(fā)明屬于儀器減振領(lǐng)域，具體涉及一種多維主動控制減振裝置和方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的主動式陀螺穩(wěn)定平臺見美國專利us5922039、us52227806、us4156241和中國專利cn1305091a、cn2833206y、cn94218035.6。這些專利均利用傳感器輸出反映載體姿態(tài)及其變化率的信號，經(jīng)微處理器解算后，控制驅(qū)動裝置保持平臺姿態(tài)不變，實現(xiàn)對平臺的穩(wěn)定控制。上述專利并未對動態(tài)振動進(jìn)行隔離或者減弱。

現(xiàn)有的陀螺減振平臺分為被動式和主動式，其中被動式見cn201210048107.4。其中，一種空間對角減振的光纖陀螺imu臺體（專利號：cn201210048107.4）設(shè)計了一種空間六面結(jié)構(gòu)平臺，在平臺臺體的空間對角布局了四個t型橡膠減振器安裝支腿，使得光纖陀螺捷聯(lián)系統(tǒng)imu在振動條件下具由各向同性動力學(xué)響應(yīng)特征。該專利采用被動減振的手段實現(xiàn)了臺體空間多維的減振效果，通過對臺體的結(jié)構(gòu)設(shè)計提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使得x、y、z各向具有相同的減振性能。但該專利未能考慮在實際應(yīng)用情況中，來自不同方向的振動其劇烈程度不同，無法實現(xiàn)有針對性地減振。

一種具有高抗振性能的光纖陀螺慣性測量系統(tǒng)（專利號：cn200510074856.4）和一種基于三軸一體高精度光纖陀螺的車載動態(tài)定位定向儀（專利號：cn201210114243.9）設(shè)計了一種高抗振的光纖陀螺慣性測量系統(tǒng)，采用薄壁加筋結(jié)構(gòu)和一體化模塊結(jié)構(gòu)，提高整體抗振性能。

其中主動式減振平臺相關(guān)專利包括中國專利cn201180045964.2和cn200810201311.9。主動減振裝置、車輛、主動減振裝置的控制方法（專利號：cn201180045964.2）利用輔助質(zhì)量反力來抑制與起振源的起振頻率成分相應(yīng)的減振對象的振動。主動減振隔振裝置及主動減振隔振系統(tǒng)（專利號：cn200810201311.9）采用密封活塞氣腔和直線驅(qū)動實現(xiàn)對負(fù)載六自由度振動的主動控制，利用可調(diào)節(jié)氣壓實現(xiàn)隔振效果。雖然該專利可實現(xiàn)六自由度振動，卻只能利用空氣進(jìn)行隔振主動控制，多路氣閥將導(dǎo)致裝置復(fù)雜，實用性差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種多維主動控制減振裝置和方法，能夠?qū)崟r適應(yīng)環(huán)境振動干擾，并主動減輕某方向振動。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：一種多維主動控制減振裝置，其特征在于：它包括外盒，和置于外盒中用于放置待減振物體的內(nèi)盒；外盒上設(shè)有三個維度方向的加速度傳感器；內(nèi)盒設(shè)有頂面、底面和側(cè)面，內(nèi)盒的底面與外盒之間、內(nèi)盒的側(cè)面與外盒之間分別連接有主動控制減振器，主動控制減振器的數(shù)量和方向保證：所述的加速度傳感器的每個維度方向上，至少有一個主動控制減振器；

本裝置還包括微處理器和減振器驅(qū)動器，微處理器用于接收所述的加速度傳感器的信號，分別分析每個維度方向的振動狀態(tài)，計算每個維度對應(yīng)的主動控制減振器的減振方案，分別通過減振器驅(qū)動器驅(qū)動對應(yīng)的主動控制減振器。

按上述方案，所述的三個維度方向為正交坐標(biāo)系的x軸、y軸和z軸，其中z軸與外盒的底面垂直，x軸和y軸分別與外盒的側(cè)面垂直；

所述的內(nèi)盒的底面與外盒之間均布有若干個與z軸相互平行的主動控制減振器；所述的內(nèi)盒的側(cè)面與外盒之間分別連接有2個x軸正方向、2個x軸負(fù)方向和2個y軸正方向的主動控制減振器。

按上述方案，所述的主動控制減振器為壓電陶瓷減振器，壓電陶瓷減振器包括上夾板、下夾板和連接在上下夾板之間的第一彈簧；還包括壓電材料塊和控制電源，壓電材料塊的兩側(cè)分別通過摩擦材料塊與上夾板固定連接，壓電材料塊的底部通過第二彈簧與下夾板連接，壓電材料塊的長度由所述的微處理器通過減振器驅(qū)動器控制控制電源的電壓值通過負(fù)壓電效應(yīng)調(diào)節(jié)。

按上述方案，所述的主動控制減振器為磁流變減振器，磁流變減振器包括上夾板、下夾板和連接在上下夾板之間的第一彈簧；還包括存貯在彈性套筒中的磁流變彈性體和控制電源，彈性套筒的上下安裝有帶有勵磁線圈的夾板，夾板的上部與上夾板固定連接，夾板的下部通過第二彈簧與下夾板連接；所述的磁流變彈性體的剛度和阻尼由所述的微處理器通過減振器驅(qū)動器控制控制電源的電壓值通過磁流變效應(yīng)調(diào)節(jié)。

按上述方案，所述的主動控制減振器為電流變減振器，電流變減振器包括上夾板、下夾板和連接在上下夾板之間的第一彈簧；還包括存貯在彈性套筒中的電流變彈性體和控制電源，彈性套筒的上下安裝有電極板，電極板的上部與上夾板固定連接，電極板的下部通過第二彈簧與下夾板連接；所述的電流變彈性體的剛度和阻尼由所述的微處理器通過減振器驅(qū)動器控制控制電源的電壓值通過電流變效應(yīng)調(diào)節(jié)。

利用所述的多維主動控制減振裝置實現(xiàn)的減振方法，其特征在于：它包括以下步驟：

s1、利用加速度傳感器實時采集外盒在三個維度方向的振動信號；

s2、分析振動信號，判斷各維度方向的振動強度和頻域特性；

s3、依據(jù)預(yù)設(shè)的內(nèi)盒中待減振物體的振動標(biāo)準(zhǔn)，評定振動狀態(tài)，確立各維度方向的主動控制減振器的最優(yōu)參數(shù)；

s4、將最優(yōu)參數(shù)轉(zhuǎn)換為控制信號，輸出至對應(yīng)的主動控制減振器驅(qū)動器，調(diào)節(jié)主動控制減振器。

本發(fā)明的有益效果為：能夠?qū)崟r采集三個維度方向的振動信號并反饋給微處理器，通過微處理器分析外盒的整體振動狀態(tài)，計算篩選最優(yōu)減振方案，調(diào)節(jié)主動控制減振器，針對特定方向的減振進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到實時適應(yīng)環(huán)境振動干擾，以及主動減輕某方向振動的效果，以滿足例如車載光纖陀螺線形測量系統(tǒng)的特殊隔振要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例的結(jié)構(gòu)原理框圖。

圖2為圖1的俯視圖。

圖3為本發(fā)明的方法流程圖。

圖4為本發(fā)明一實施例的主動控制減振器的結(jié)構(gòu)原理框圖。

圖5為本發(fā)明又一實施例的主動控制減振器的結(jié)構(gòu)原理框圖。

圖中：1-內(nèi)盒，2-外盒，3-主動控制減振器，4-加速度傳感器，5-微處理器，6-減振器驅(qū)動器，7-下夾板，8-第一彈簧，9-第二彈簧，10-壓電材料塊，11-控制電源，12-摩擦材料塊，13-上夾板，14-磁流變彈性體，15-彈性套筒，16-夾板。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

橋梁結(jié)構(gòu)的線形可以反演出結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化，不但直觀而且易于處理，是評估橋梁安全的重要指標(biāo)之一。目前，橋梁結(jié)構(gòu)線形測量的常用方法是使用水準(zhǔn)儀或全站儀等工程測量儀器測量橋梁的多個離散點的高程，然后再通過擬合測量數(shù)據(jù)以實現(xiàn)對橋梁結(jié)構(gòu)的線形測量。然而這類采用人工觀測的“點式”測量方法，不但測量效率非常低、測量周期非常長，更是難以準(zhǔn)確捕捉到撓度形變的具體位置，尤其是位于未布點的潛在病害，常常會因為被擬合的線形所淹沒，進(jìn)而帶來較大的安全隱患，現(xiàn)有的測量手段難以滿足對橋梁結(jié)構(gòu)線形檢測的要求。橋梁線形測量的特點是對于線形的跨中的下?lián)现稻纫蠓浅８撸柽_(dá)到毫米量級。

光纖陀螺是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中重要的組成部件，主要測量空間物體運動的角速度。車載光纖陀螺線形測量系統(tǒng)利用光纖陀螺測得車姿俯仰角和航向角，基于這兩個方向的角速度迭代計算得到車體行駛軌跡，進(jìn)面重構(gòu)所測路面線形。其中，由于橋梁線形測量的特殊性，測量對象的上下起伏線形為重點關(guān)注維度。

在線形測量過程中，由于道路的不平整以及載體的振動，不可避免地會引起車載線形測量系統(tǒng)的振動，這些振動會通過影響對角速度的測量，進(jìn)而影響到上下起伏線形的測量精度。

車載儀器的沖擊與振動來源復(fù)雜，例如路面平整度、路面障礙、汽車懸架系統(tǒng)和車速波動均對車載儀器產(chǎn)生沖擊和干擾，嚴(yán)重影響儀器的穩(wěn)定性。并且這些振動包含多個維度方向，對車載線形測量系統(tǒng)的產(chǎn)生多維度的干擾。傳統(tǒng)車載儀器減振方法主要采納被動減振法，減振裝置的設(shè)計一般涵蓋多種復(fù)雜路況和車況導(dǎo)致的多方向振動，缺乏對振動的維度方向針對性和主動性，減振效果往往不是很理想。

基于光纖陀螺的線形測量系統(tǒng)振動需要捕捉車姿俯仰角和航向角來重構(gòu)測量對象線形。根據(jù)所測量對象的線形特點，各方向振動對準(zhǔn)確性的影響程度并不完全一致。當(dāng)重點關(guān)注測量對象的上下起伏線形時，俯仰角度為重點測量維度，針對該維度的減振將引起測量線形的失真，而航向和橫滾方向的振動將為光纖陀螺引入相應(yīng)方向的失準(zhǔn)角誤差。可見不同測量對象的線形維度關(guān)注重點不同時，其他方向的振動對該測量影響較大。如果采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)減輕三方向振動時，對于振動裝置的設(shè)計要求較高，效果有限。因此需要綜合考慮測量對象的關(guān)注維度對減振裝置和方法進(jìn)行改進(jìn)。

基于上述理論研究，為了提高線形測量的精度，本發(fā)明提供一種針對多維度方向進(jìn)行減振隔振的裝置及方法。

實施例一：

本發(fā)明提供一種多維主動控制減振裝置，如圖1和圖2所示，它包括外盒2，和置于外盒2中用于放置待減振物體的內(nèi)盒1；外盒2上設(shè)有三個維度方向的加速度傳感器4；內(nèi)盒1設(shè)有頂面、底面和側(cè)面，內(nèi)盒1的底面與外盒2之間、內(nèi)盒1的側(cè)面與外盒2之間分別連接有主動控制減振器3，主動控制減振器3的數(shù)量和方向保證：所述的加速度傳感器4的每個維度方向上，至少有一個主動控制減振器3；本裝置還包括微處理器5和減振器驅(qū)動器6，微處理器5用于接收所述的加速度傳感器4的信號，分別分析每個維度方向的振動狀態(tài)，計算每個維度對應(yīng)的主動控制減振器3的減振方案，分別通過減振器驅(qū)動器6驅(qū)動對應(yīng)的主動控制減振器3。本實施例中，所述的三個維度方向為正交坐標(biāo)系的x軸、y軸和z軸，其中z軸與外盒的底面垂直，x軸和y軸分別與外盒的側(cè)面垂直；所述的內(nèi)盒1的底面與外盒2之間均布有若干個與z軸相互平行的主動控制減振器3；所述的內(nèi)盒1的側(cè)面與外盒2之間分別連接有2個x軸正方向、2個x軸負(fù)方向和2個y軸正方向的主動控制減振器3。本實施例中微處理器5和多個減振器驅(qū)動器6安裝在其他平臺中，加速度傳感器4設(shè)置在外盒的頂部與微處理器5連接，主動控制減振器3引出線穿出外盒2與減振器驅(qū)動器6連接。

如圖4所示，所述的主動控制減振器3為壓電陶瓷減振器，壓電陶瓷減振器包括上夾板13、下夾板7和連接在上下夾板13和7之間的第一彈簧8；還包括壓電材料塊10和控制電源11，壓電材料塊10的兩側(cè)分別通過摩擦材料塊12與上夾板13固定連接，壓電材料塊10的底部通過第二彈簧9與下夾板7連接，壓電材料塊10的長度由所述的微處理器5通過減振器驅(qū)動器6控制控制電源11的電壓值通過負(fù)壓電效應(yīng)調(diào)節(jié)。

利用所述的多維主動控制減振裝置實現(xiàn)的減振方法，如圖3所示，它包括以下步驟：

s1、利用加速度傳感器實時采集外盒在三個維度方向的振動信號；

s2、分析振動信號，判斷各維度方向的振動強度和頻域特性；

s3、依據(jù)預(yù)設(shè)的內(nèi)盒中待減振物體的振動標(biāo)準(zhǔn)，評定振動狀態(tài)，確立各維度方向的主動控制減振器的最優(yōu)參數(shù)；

s4、將最優(yōu)參數(shù)轉(zhuǎn)換為控制信號，輸出至對應(yīng)的主動控制減振器驅(qū)動器，調(diào)節(jié)主動控制減振器。

本實施例中內(nèi)盒1中待減振物體為用于線形測量系統(tǒng)的車載光纖陀螺。微處理器5分析振動信號，解算出壓電陶瓷減振器的最優(yōu)參數(shù)，輸出控制信號給減振器驅(qū)動器6，由減振器驅(qū)動器6放大信號后傳到壓電陶瓷減振器。在壓電陶瓷減振器接受控制信號后，通過控制控制電源11的電壓值，根據(jù)負(fù)壓電效應(yīng)控制壓電材料10的長度，因此改變壓電材料塊10與摩擦材料塊12之間的壓力大小，從而改變壓電陶瓷減振器的剛度與阻尼值。

實施例二：

本實施例與實施例一的原理和結(jié)構(gòu)基本相同，其不同之處在于，如圖5所示，所述的主動控制減振器3為磁流變減振器，磁流變減振器包括上夾板13、下夾板7和連接在上下夾板13和7之間的第一彈簧8；還包括存貯在彈性套筒15中的磁流變彈性體14和控制電源11，彈性套筒15的上下安裝有帶有勵磁線圈的夾板16，夾板16的上部與上夾板13固定連接，夾板16的下部通過第二彈簧9與下夾板7連接；所述的磁流變彈性體14的剛度和阻尼由所述的微處理器5通過減振器驅(qū)動器6控制控制電源11的電壓值通過磁流變效應(yīng)調(diào)節(jié)。

本實施例中內(nèi)盒1中待減振物體為用于線形測量系統(tǒng)的車載光纖陀螺。微處理器5分析振動信號，解算出磁流變減振器的最優(yōu)參數(shù)，輸出控制信號給減振器驅(qū)動器6，由減振器驅(qū)動器6放大信號后傳到磁流變減振器。在磁流變減振器接受控制信號后，通過控制控制電源11的電壓值，從而控制夾板16間的磁場強度，根據(jù)磁流變效應(yīng)控制磁流變彈性體14的剛度與阻尼，從而改變磁流變減振器的剛度與阻尼值。

實施例三：

本實施例與實施例一的原理和結(jié)構(gòu)基本相同，其不同之處在于，所述的主動控制減振器為電流變減振器，電流變減振器包括上夾板13、下夾板7和連接在上下夾板13和7之間的第一彈簧8；還包括存貯在彈性套筒15中的電流變彈性體和控制電源11，彈性套筒15的上下安裝有電極板，電極板的上部與上夾板13固定連接，電極板的下部通過第二彈簧9與下夾板7連接；所述的電流變彈性體的剛度和阻尼由所述的微處理器5通過減振器驅(qū)動器6控制控制電源11的電壓值通過電流變效應(yīng)調(diào)節(jié)。

本實施例中內(nèi)盒1中待減振物體為用于線形測量系統(tǒng)的車載光纖陀螺。微處理器5分析振動信號，解算出電流變減振器的最優(yōu)參數(shù)，輸出控制信號給減振器驅(qū)動器6，由減振器驅(qū)動器6放大信號后傳到電流變減振器。在電流變減振器接受控制信號后，通過控制控制電源11的電壓值，改變電場強度，從而改變電流變減振器的剛度與阻尼值。

本發(fā)明采用新型智能材料減振器，以上三種智能材料減振器僅為舉例，其它主動控制減振器也同樣適用。本發(fā)明的創(chuàng)新核心在于通過多維度采集和主動控制減震的原理，來滿足特殊隔振要求（例如車載光纖陀螺線形測量系統(tǒng)），針對特定方向的減振進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到實時適應(yīng)環(huán)境振動干擾，以及主動減輕某方向振動的效果。

以上實施例僅用于說明本發(fā)明的設(shè)計思想和特點，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述實施例。所以，凡依據(jù)本發(fā)明所揭示的原理、設(shè)計思路所作的等同變化或修飾，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。