激振器，往往也被稱為搖動器，被用于對振動試驗裝置中的試驗件的動力特性進行研究。激振器主要用于材料研究的目的，其中，例如構(gòu)件或整個結(jié)構(gòu)組件形成該試驗件。為此，以限定的測試信號對試驗件進行激勵并且同時通過合適的測量機構(gòu)確定試驗件的定位和/或運動狀態(tài)。除了應(yīng)變片以外，這些測量機構(gòu)還具有振動檢測器或另外的用于確定定位或用于確定運動狀態(tài)的傳感器。由這些獲知的測量值還可以推斷出機械性能，例如疲勞性能。

另一種的已知激振器是其本身的測量機構(gòu)，例如振動檢測器，其適合于研究振動過程，尤其是用于校正，如例如在ISO 16063中規(guī)定的那樣。已知的振動檢測器在測量范圍、結(jié)構(gòu)大小等方面是非常具有多樣性的。除了用于加速度高達百萬g(1g相應(yīng)于9.81m/s²的平均重力加速度)的非常小且輕的振動檢測器以外，還已知有非常大且重的振動檢測器，例如其使用在測震儀中。

測震儀被用于探測地震的地面震動和其他的地震波。為此，測震儀具有以振動方式支承在彈簧上的重物，對其機械振動進行測量。為了確定出現(xiàn)的地面震動的方向，已知測震儀具有直至三個這樣的能振動的彈簧-重物-系統(tǒng)。例如其在地震過程中出現(xiàn)的機械振動通常非常小，能偵測到的最小加速度在正常的平均重力加速度g的數(shù)百萬兆分之一的范圍中。在此，頻率范圍在約50Hz至每小時僅有一個振動之間。因此，為此所需的地震質(zhì)量(seimische Masse)是10kg或更大，也就是非常大。

由于出現(xiàn)的機械振動非常小，因此要校正這么大的振動檢測器，即，帶有很大的地震質(zhì)量的振動檢測器，對于振動試驗裝置(尤其是激振器)的機械邊界條件有非常高的要求。利用激振器應(yīng)能產(chǎn)生高品質(zhì)且少干擾信號的的正弦形的激勵信號，該激勵信號的出色之處在于盡可能精確保持的振幅、很小(＜5％)的非線性失真因數(shù)(代表激勵信號的不期望的畸變的程度)，以及連續(xù)的信號變化曲線。

為了對具有地平的，即水平的交替形式的振動激勵的振動檢測器進行校正，已知了使用空氣軸承以減低摩擦力。與傳動的軸承支承，例如滑動軸承、滾動軸承或彈簧軸承，使用空氣軸承可以實現(xiàn)特別高的精確度和移動動力學(xué)?？諝廨S承的基本構(gòu)想是使受支承物在空氣膜上振動，其中，除了空氣膜內(nèi)部的和空氣膜的分界層中的非常小的流體摩擦以外，受支承物直至分界面以無摩擦的方式移動。相應(yīng)地，空氣軸承可以實現(xiàn)物體的低摩擦的運動。原則上，線性空氣軸承和旋轉(zhuǎn)空氣軸承都是已知的，也可以將空氣軸承區(qū)分為靜力空氣軸承和動力空氣軸承。空氣軸承的幾何形狀非常多樣。例如圓柱形、矩形、平面形或其他特殊的形狀。

在對具有豎直的、即垂直的交替形式的振動激勵的振動檢測器進行校正時，用于振動激勵所需的力與地球重力場中的振動檢測器的靜態(tài)重力相疊加。為了在兩個激勵方向(其中一個與振動檢測器的重力方向同向，另一個與之反向)上都有相同大小的力可供激振器使用，已知的是補償重力。為此已知有不同的方法，其中，所有方法的共同之處在于，施加另外的與要激勵的試驗件(例如振動檢測器)的重力相反指向的靜力。用于這種負荷補償所需的力可以是電動力、液壓力、氣動力或可以通過彈簧力產(chǎn)生。

Spektra Schwingungstechnik und Akutik GmbH公司的CS18 VLF校正設(shè)備是用于對沿水平和豎直方向具有激振器的加速度檢測器進行校正。激振器具有構(gòu)造為線性驅(qū)動器的促動器，其被用于沿激勵方向?qū)χ匚镞M行動態(tài)激勵。矯正設(shè)備的能移動的部件，也就是能線性運動的滑架(也被稱為銜鐵)，在此借助線性式構(gòu)造的空氣軸承與矯正設(shè)備的固定的部件(基座)。為了沿豎直的激勵方向校正振動檢測器，矯正設(shè)備還具有電零層調(diào)節(jié)器(elektrische Nulllagenregelung)，其補償由滑架和振動檢測器產(chǎn)生的重力。提及的線性驅(qū)動器的驅(qū)動能量的一部分被用于此，從而實際可供振動激勵使用的力并不能全部被用于抵抗重力。

此外，已知的負荷補償是使用機械彈簧力，以便補償要激勵的試驗件的重力。在使用鋼彈簧的情況下的基本缺點在于，具有給定的強度界限、具有撓性以及可能激勵出共振。在使用彈性體彈簧的情況下的缺點是非線性特性，其必須被補償才能產(chǎn)生幾乎無畸變的激勵信號。此外，提到的彈簧還導(dǎo)致激勵信號中的不連續(xù)性，其原因是彈簧的外部和內(nèi)部均存在摩擦力，例如這些摩擦力會產(chǎn)生附著摩擦效應(yīng)(粘滑效應(yīng))。

此外已知的負荷補償具有壓縮的、形成過壓的介質(zhì)。

一方面，已知使用液壓缸進行負荷補償，例如用于研究整個車輛的振動性能。壓縮的介質(zhì)(在本情況下是液壓液體)保留在封閉的系統(tǒng)中，其中，一些部件(在此是液壓缸的活塞桿)凸出超過系統(tǒng)界限。相應(yīng)地必須設(shè)置密封件，例如軸密封環(huán)。這些密封件一方面具有不利的磨損，而且還由于出現(xiàn)的摩擦而導(dǎo)致要產(chǎn)生的激勵信號中的不連續(xù)性。

此外還已知的是，使用在橡膠風(fēng)箱中的壓縮空氣作為負荷補償。Tira GmbH公司提供有如下的振動試驗裝置，即其使用這樣的已裝填的橡膠風(fēng)箱用于負荷補償。在此，橡膠風(fēng)箱布置在要運動的部件(銜鐵)的下方，以便補償該部件的重力。在橡膠風(fēng)箱與振動試驗裝置的鄰接的結(jié)構(gòu)部件之間出現(xiàn)摩擦力，該摩擦力還導(dǎo)致在要產(chǎn)生的激勵信號中的不連續(xù)性。

因此，所有提及的負荷補償?shù)目赡芊绞降娜秉c在于，由于出現(xiàn)的摩擦和其他非線性特性產(chǎn)生額外的干擾信號，這會妨礙純正弦的信號變化曲線的產(chǎn)生，該信號變化曲線是針對校正振動檢測器(尤其是大質(zhì)量，即，10kg或更大的振動檢測器)所必需。

因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，給出一種用于對試驗件進行動態(tài)激勵的具有負荷補償?shù)恼駝蛹ふ衿?，其中，使在負荷補償時出現(xiàn)的摩擦和其他非線性特性最小化，用以產(chǎn)生高品質(zhì)且少干擾信號的正弦形的激勵信號，并且其中，不僅振動位移而且用于振動激勵所需的力都能夠在兩個激勵方向(與重力反向指向和同向指向)獨立地且不受限制地供重力的負荷補償來使用。

為了解決該任務(wù)，在開頭提到的類型的具有負荷補償?shù)募ふ衿髦性O(shè)置的是，線性引導(dǎo)機構(gòu)具有空氣軸承，并且同時負荷補償機構(gòu)同時線性引導(dǎo)機構(gòu)。

通過根據(jù)本發(fā)明的低摩擦的具有負荷補償?shù)募ふ衿骺梢詫崿F(xiàn)的是，產(chǎn)生非常高品質(zhì)且少干擾信號的正弦形的激勵信號，由此，例如在沿豎直方向校正很重的振動檢測器時可以實現(xiàn)更高得校正精度。

此外有利的是，促動器的驅(qū)動能量不被用于負荷補償。相反地，促動器的驅(qū)動能量可以被用于以基本上對稱的方式沿激勵方向?qū)爰盍?。這特別有利于對物體進行正弦形的激勵。通過激勵力振幅與振動振幅的相關(guān)性，即，針對振動值的相同的振動振幅來說，與重力的方向無關(guān)地，都需要相同的激勵力振幅，可以產(chǎn)生特別高品質(zhì)的正弦形的激勵信號，這還引起更高的校正精度。

根據(jù)本發(fā)明的低摩擦的具有負荷補償?shù)募ふ衿鞯牧硗獾膬?yōu)點在于，其非常緊湊地構(gòu)造。這是因為負荷補償機構(gòu)包括線性引導(dǎo)機構(gòu)。換而言之，如果負荷補償機構(gòu)通過由多個單一構(gòu)件構(gòu)成的組件組成，那么線性引導(dǎo)機構(gòu)也由相同數(shù)量的單一構(gòu)件構(gòu)成。換而言之，負荷補償機構(gòu)和線性引導(dǎo)機構(gòu)共同擁有前述的組件的特定的單一構(gòu)件。

從屬權(quán)利要求的主題中得出有利的改進方案和設(shè)計方案。

根據(jù)第一實施方式建議的是，負荷補償機構(gòu)具有氣動缸，氣動缸的活塞桿和/或活塞分別通過空氣軸承線性地引導(dǎo)。在此，線性引導(dǎo)機構(gòu)和負荷補償機構(gòu)共同擁有活塞桿和/或活塞作為上述的組件的共同的構(gòu)件。如果氣動缸的殼體與基座連接并且能運動的活塞或活塞桿與能運動的銜鐵連接，并且活塞和/活塞桿分別通過空氣軸承來引導(dǎo)，那么可以以低摩擦的方式對銜鐵的重力并且必要時還包括布置在銜鐵上的物體的重力進行負荷補償。因此，可以使在通過促動器對銜鐵進行激勵期間非線性的由摩擦引起的效果最小化。

在根據(jù)本發(fā)明的另一個設(shè)計方案中可以設(shè)置的是，負荷補償機構(gòu)具有n＞1個氣動缸，氣動缸的活塞桿和/或活塞分別通過空氣軸承線性地引導(dǎo)。由于具有n個氣動缸，為了補償特定的重力而這些氣動缸可以比在為此設(shè)置單個的較大設(shè)計的氣動缸的情況下更小地設(shè)計。通過這樣的設(shè)計方案，根據(jù)本發(fā)明的激振器因此特別緊湊地構(gòu)造。

如果負荷補償機構(gòu)具有n＞1個氣動缸，則還可以進一步設(shè)置的是，n＞1個氣動缸彼此分別以相同的中點角α＝360°/n地以圓形方式繞促動器布置。中點角也可以被稱為中心角。通過這樣的布置，實現(xiàn)了非常對稱的重力補償，以便使例如引入的力矩造成的另外的干擾影響最小化。被證實的是，特別有利地是選擇n＝3。因此，中點角分別形成120°。

由本發(fā)明的構(gòu)想也能想到的是，氣動缸以不同的圖案，例如正方形或矩形地布置，其中，在這樣的設(shè)計方案中，促動器例如布置在正方形圖案或矩形圖案的對角線的交點中。此外可以設(shè)置的是，氣動缸具有圓形的活塞面。在這種情況下，促動器可以與氣動缸同心地布置，因為氣動缸環(huán)繞促動器。沿激勵方向，在此促動器和氣動缸都可以與銜鐵交替作用。

適宜的是，促動器具有至少一個線性驅(qū)動器。該線性驅(qū)動器要么可以構(gòu)造為以電動力學(xué)作用原理運行的線性馬達，要么可以構(gòu)造為以壓電、靜電、電磁、磁致伸縮、熱電、氣動或液壓的作用原理運行的線性促動器。這樣的優(yōu)點是，促動器可以低摩擦地構(gòu)造，從而由此同樣可以使非線性特性造成的干擾影響最小化。

在另一設(shè)計方案可以設(shè)置的是，銜鐵經(jīng)由回位機構(gòu)與基座連接，其中，回位機構(gòu)的力作用與負荷補償機構(gòu)的力作用反向地指向。

為了防止激振器的故障或過載帶來的損害，可以設(shè)置銜鐵位移限界機構(gòu)。例如通過機械止擋部形成的銜鐵位移限界機構(gòu)在此限定出銜鐵沿激勵方向的最大可能的位移。

為了探測到銜鐵的“定位”和“運動狀態(tài)”中的至少一個值，還可以設(shè)置一個或多個對銜鐵的定位和/或運動狀態(tài)進行探測的測量機構(gòu)，也可以設(shè)置不同的作用原理的測量機構(gòu)，并且將這些測量機構(gòu)配屬給激振器。特別有利的是，為此同樣設(shè)置無接觸式測量機構(gòu)，例如激光測振器，這是因為由此可以排除測量機構(gòu)對激振器的反作用，由此還使干擾影響最小化。因此，借助激光測振器作為測量機構(gòu)可以通過對速度信號的相應(yīng)的微分或積分同時獲知加速度、速度和位移。

下面結(jié)合在附圖中示出的優(yōu)選實施例進一步闡述和說明了本發(fā)明。其中：

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的具有負荷補償?shù)募ふ衿鞯氖疽庑缘奈窗凑毡壤膫?cè)視圖；以及

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的具有負荷補償?shù)募ふ衿鞯木哂腥齻€氣動缸的優(yōu)選實施方式的示意性的未按照比例的俯視圖。

圖1中的根據(jù)本發(fā)明的具有負荷補償?shù)募ふ衿鞯姆浅：喕氖疽庑郧椅窗凑毡壤膫?cè)視圖用于示出本發(fā)明的基本構(gòu)想。首先要呈現(xiàn)的是根據(jù)本發(fā)明的激振器的基本構(gòu)造和各個基本組成部分之間的協(xié)同作用。

圖1中示出的具有負荷補償?shù)牡湍Σ恋募ふ衿靼芄潭ǖ夭贾迷谖词境龅慕Y(jié)構(gòu)上的基座1和能沿激勵方向4相對于該基座1運動的銜鐵2。根據(jù)本發(fā)明的激振器是非常有利地適合于對試驗件進行低摩擦的動態(tài)垂直激勵。相應(yīng)地，激勵方向4平行于地球重力場。銜鐵2還適合于容納試驗件15，以便對其進行研究或校正。根據(jù)本發(fā)明的激振器并不僅限于校正振動檢測器。而是利用激振器也可以執(zhí)行其它研究，像例如使用壽命測試。

為了對試驗件15進行動態(tài)激勵，基座1借助促動器3與銜鐵2有效連接。在優(yōu)選的實施方式中，為此設(shè)置有線性驅(qū)動器11。該線性驅(qū)動器例如可以實施為具有柱塞式線圈的電動力驅(qū)動器。促動器3在此以如下方式構(gòu)造，使得銜鐵2與試驗件15一起能沿激勵方向4進行與地球重力場同方向和反方向的運動。此外，促動器3適合于激勵銜鐵2和試驗件15產(chǎn)生任意的運動形式，例如和諧的正弦激勵、隨機的噪聲式激勵、階躍的振蕩激勵。銜鐵2沿激勵方向4隨時間變化的位置被稱為激勵信號。

為了補償銜鐵2的重力7(如果在銜鐵2上布置有試驗件15則同樣包括補償試驗件15的重力7)，設(shè)置有氣動式負荷補償機構(gòu)6。在優(yōu)選的實施方式中，負荷補償機構(gòu)6構(gòu)造為氣動缸9。氣動缸9的殼體牢固地布置在基座1上。由此，減少了要運動的重物和要補償?shù)闹亓?。氣動缸9的活塞桿92還與銜鐵2有效連接，從而氣動缸9的活塞桿92的補償力12能傳遞到銜鐵2上，用以補償重力7。補償力12能借助壓縮空氣10的壓力來控制。相應(yīng)的壓縮空氣產(chǎn)生機構(gòu)和控制機構(gòu)出于簡化的原因并沒有示出。通過負荷補償機構(gòu)6實現(xiàn)的是，用于借助促動器3在激勵方向4的方向上與地球重力場同方向或反方向?qū)︺曡F2和試驗件15進行激勵所需的激勵力都是一樣大的。此外，還可以達到銜鐵2沿激勵方向4的相同的最大移動量，也就是最大振動位移量。在一種實施方式中，通過在這里未示出的銜鐵位移限界機構(gòu)限定出最大振動位移，由此保護了激振器不至于損壞。

為了平行于激勵方向4地引導(dǎo)銜鐵2，激振器具有線性引導(dǎo)機構(gòu)5。

根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的是，線性引導(dǎo)機構(gòu)5為此具有空氣軸承8，由此能產(chǎn)生高品質(zhì)且少干擾信號的正弦形的激勵信號。少干擾信號的激勵信號的出色之處在于，盡可能精確地保持要產(chǎn)生的振幅、非線性失真因數(shù)很小(＜5％)并且連續(xù)地產(chǎn)生信號變化曲線。通過使用空氣軸承8，首先可以避免前面提到的粘滑效應(yīng)，由此同樣可以更好地保持銜鐵2的振幅。

此外設(shè)置的是，負荷補償機構(gòu)6包括線性引導(dǎo)機構(gòu)5，由此可以實現(xiàn)負荷補償?shù)募ふ衿鞯奶貏e緊湊的結(jié)構(gòu)。因此在優(yōu)選的實施方式中設(shè)置的是，空氣軸承8被用于支承氣動缸9的活塞桿92。根據(jù)另外的實施方式可以設(shè)置的是，氣動缸9的活塞91同樣借助另一空氣軸承8支承在氣動缸9的缸中。向空氣軸承8供應(yīng)壓縮空氣10通過未示出的壓縮空氣產(chǎn)生機構(gòu)連同相應(yīng)的控制機構(gòu)來實現(xiàn)。氣動缸9和空氣軸承8的壓縮空氣產(chǎn)生機構(gòu)在此可以使用同一壓縮空氣產(chǎn)生機構(gòu)，其中，通過相應(yīng)的未示出的閥可以實現(xiàn)向氣動缸9和空氣軸承8分別供應(yīng)不同的壓力。向空氣軸承8供應(yīng)的壓縮空氣10的一部分反作用于補償力12。

在一種實施方式中，為了偵測激勵信號，也就是銜鐵2的位置和運動狀態(tài)中的其中一個參數(shù)，設(shè)置有測量機構(gòu)13。在特別有利的實施方式中，測量機構(gòu)13構(gòu)造為激光測振器14。此外，測量機構(gòu)13還可以構(gòu)造為例如加速度檢測器、速度檢測器(電動力學(xué)原理)、位移檢測器(感應(yīng)式、電容式、磁致伸縮式、激光三角測量、干涉式、成像式)或以其他形式構(gòu)造。此外，測量機構(gòu)13也可以由多個按不同作用原理運行的測量機構(gòu)構(gòu)成。借助激光測振器14可以無接觸式且進而以不反饋到激振器的方式偵測到激勵信號。為此，測量機構(gòu)13可以與未示出的評估裝置連接。如果試驗件通過加速度檢測器來形成，其測量信號同樣可以在未示出的評估裝置中進行處理。

在圖1僅示出一個促動器3、一個線性引導(dǎo)機構(gòu)5和一個負荷補償機構(gòu)6，但實施方式也可以設(shè)置有多個促動器3、多個線性引導(dǎo)機構(gòu)5和多個負荷補償機構(gòu)6。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的負荷補償?shù)募ふ衿鞯膬?yōu)選實施方式的示意性的未按照比例的俯視圖，其中，在圖2中仍未示出整個激振器，而是僅示出基本組成部分，以便清楚呈現(xiàn)促動器3、線性引導(dǎo)機構(gòu)5和負荷補償機構(gòu)6彼此間的布置。

圖2中示出基座1，其中，一個促動器3和分別具有線性引導(dǎo)機構(gòu)5的三個負荷補償機構(gòu)6布置在基座1上。氣動缸9分別設(shè)置為負荷補償機構(gòu)6并且空氣軸承8分別設(shè)置為線性引導(dǎo)機構(gòu)5。圖2還示出特別有利的是，氣動缸9以圓形方式繞促動器3地布置，其中，促動器構(gòu)造為呈具有活動線圈的電動力驅(qū)動器形式的線性驅(qū)動器11。中點角α都一樣大，即均為120°。氣動缸9與促動器3的徑向間距以如下方式選擇，使得實現(xiàn)了振動激振器的緊湊的結(jié)構(gòu)形式。

如上所述，原則上也可以實現(xiàn)促動器3、線性引導(dǎo)機構(gòu)5和負荷補償機構(gòu)6彼此間的不同于前述的布置。

附圖標記列表

1 基座

2 銜鐵

3 促動器

4 激勵方向

5 線性引導(dǎo)機構(gòu)

6 氣動式負荷補償機構(gòu)

7 重力

8 空氣軸承

9 氣動缸

91 活塞

92 活塞桿

10 壓縮空氣

11 線性驅(qū)動器

12 補償力

13 測量機構(gòu)

14 激光測振器

15 試驗件

α 中點角