一種基于比例電磁鐵的隔振機構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于隔振技術(shù)領域，更具體地，涉及一種基于比例電磁鐵的隔振機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]物體由于地球的吸引而受到的力叫重力。重力的施力物體是地球。重力的方向總是豎直向下。物體所受重力的大小與重力加速度g成正比。絕對重力儀是一種重力加速度g的儀器。隔振機構(gòu)是絕對重力儀的關(guān)鍵部件之一。
[0003]美國Micro-g LaCoste公司生產(chǎn)的FG5絕對重力儀是目前精度最好的商品化生產(chǎn)的絕對重力之一，質(zhì)量塊有效測量下落距離約0.25m，測量結(jié)果總的不確定度可優(yōu)于±5.0X_8ms_2。單次下落測量的離散度在±50X10_8ms_2。(邢樂林等，F(xiàn)G5絕對重力儀觀測比對，測繪信息與工程，2008 ；33 (I)) ο
[0004]美國Micro-g LaCoste公司生產(chǎn)的絕對重力儀所配備的“超級彈簧”(Superspringlong per1d (30_60s) active isolat1n device)，它利用激光檢測被隔振對象的相對運動，通過磁反饋補償該運動，保持被隔振對象的相對靜止，達到了高精度絕對重力測量的效果。Micro-g LaCoste公司的超級彈簧的機械結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)都非常復雜，需要精密的設計與加工，成本很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種基于比例電磁鐵的絕對重力儀隔振機構(gòu)，能夠滿足高精度絕對重力測量的隔振需求。
[0006]本發(fā)明提供了一種基于比例電磁鐵的隔振機構(gòu)，包括載荷桿、第一平衡機構(gòu)、比例電磁鐵、第二平衡機構(gòu)、微位移傳感器和PID運算控制器；所述載荷桿與所述比例電磁鐵的縱中軸線重合，所述載荷桿的長度大于所述比例電磁鐵的長度，所述載荷桿的一端用于承載待隔振系統(tǒng)；所述第一平衡機構(gòu)與所述載荷桿的一端固定連接，所述第二平衡機構(gòu)與所述載荷桿的另一端固定連接，所述第一平衡機構(gòu)和所述第二平衡機構(gòu)用于提供能夠限制所述載荷桿位于所述比例電磁鐵的縱中軸線上的水平張力；所述微位移傳感器的輸入端連接至所述載荷桿的另一端，所述微位移傳感器用于測量所述載荷桿與所述比例電磁鐵外殼的縱向相對位置；所述PID運算控制器的輸入端連接至所述微位移傳感器的輸出端，所述PID運算控制器的輸出端與所述比例電磁鐵連接；所述PID運算控制器用于對所述縱向相對位置進行PID運算后，輸出閉環(huán)控制信號；所述比例電磁鐵在所述閉環(huán)控制信號的作用下工作在線性工作區(qū)，輸出與位移無關(guān)的力，并作用在所述載荷桿上使得所述載荷桿處于懸浮狀態(tài)，實現(xiàn)低頻的隔振。
[0007]更進一步地，載荷桿為中空管結(jié)構(gòu)；可以降低比例電磁鐵的載荷，磁對鋁材無吸引小，干擾力小。
[0008]更進一步地，所述第一平衡機構(gòu)和所述第二平衡機構(gòu)結(jié)構(gòu)相同，均包括多組由輕質(zhì)彈簧及彈簧張力調(diào)節(jié)器構(gòu)成的平衡單元，多組平衡單元呈中心輻射對稱均勻分布在同一高度，所述輕質(zhì)彈簧的一端與所述載荷桿連接，所述輕質(zhì)彈簧的另一端與所述彈簧張力調(diào)節(jié)器連接，所述彈簧張力調(diào)節(jié)器固定在所述比例電磁鐵上。該分布方式具有使得載荷桿水平合力容易平衡、縱向力耦合小的優(yōu)點。
[0009]更進一步地，所述比例電磁鐵包括極靴、第一導磁環(huán)、隔磁環(huán)、第二導磁環(huán)、殼體、第二限位環(huán)、銜鐵、勵磁線圈、行程間隙和第一限位環(huán)；所述極靴與所述殼體固定連接；所述第一導磁環(huán)上端面與所述極靴固定連接，所述第一導磁環(huán)下端面與所述隔磁環(huán)上端面固定連接，且連接部位成第一斜角；所述隔磁環(huán)下端面與所述第二導磁環(huán)上端面固定連接，所述第二導磁環(huán)下端面與所述殼體固定連接；所述第一導磁環(huán)、所述隔磁環(huán)和所述第二導磁環(huán)組成一圓筒，圓筒縱中軸線與比例電磁鐵縱中軸線重合，圓筒外壁的一部分與勵磁線圈內(nèi)圈緊密接觸，圓筒外壁的多余部分與殼體相接觸，圓筒內(nèi)徑大于銜鐵外徑，圓筒內(nèi)設有銜鐵，銜鐵位于比例電磁鐵的縱中軸線上，勵磁線圈外壁與殼體內(nèi)側(cè)接觸，勵磁線圈下端面與殼體接觸，勵磁線圈上端口與極靴接觸；所述極靴、所述第一導磁環(huán)、所述第二導磁環(huán)和所述殼體構(gòu)成磁回路，所述銜鐵上端面有所述第一限位環(huán)，所述第一限位環(huán)與所述極靴固定連接，所述銜鐵下端面有所述第二限位環(huán)，所述第二限位環(huán)與所述殼體固定連接，所述第二限位環(huán)上端面與所述第一限位環(huán)的下端面間的空隙為行程間隙。
[0010]更進一步地，所述第一導磁環(huán)下端面與所述隔磁環(huán)上端面固定連接形成的所述第一斜角為15°?50°。
[0011]更進一步地，由所述第一導磁環(huán)、所述隔磁環(huán)和所述第二導磁環(huán)組成的所述圓筒內(nèi)徑與所述銜鐵外徑之差為0.1mm?1mm。
[0012]更進一步地，行程間隙的范圍介于0.1mm?1mm。
[0013]更進一步地，所述第一限位環(huán)和所述第二限位環(huán)均由非磁材料制成，所述銜鐵由磁材料制成，所述第一限位環(huán)和所述第二限位環(huán)將所述銜鐵限定在所述電磁鐵的線性工作區(qū)內(nèi)。
[0014]更進一步地，所述銜鐵為中空結(jié)構(gòu)。
[0015]更進一步地，所述隔振機構(gòu)還包括與所述比例電磁鐵外殼下端相連的腳釘，所述腳釘用于支撐整個隔振機構(gòu)，通過調(diào)節(jié)所述腳釘使得所述比例電磁鐵豎直。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和突出性的效果:(1)零剛度系統(tǒng)為非自穩(wěn)系統(tǒng)，需要適當?shù)拈]環(huán)控制使得系統(tǒng)穩(wěn)定工作，本發(fā)明提供載荷懸浮的力為電磁力，方便調(diào)節(jié)。(2)能在±0.5mm范圍內(nèi)實現(xiàn)懸浮力與載荷位置基本無關(guān)，實現(xiàn)了地面振動與載荷耦合度很小，等效在±0.5_振動范圍內(nèi)實現(xiàn)了準剛度，與傳統(tǒng)彈簧隔振裝置相比，對低頻振動隔離效果更好。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明實施例提供的隔振機構(gòu)結(jié)構(gòu)原理縱剖面示意圖，
[0018]圖2是本發(fā)明實施例提供的比例電磁鐵縱剖面示意圖；
[0019]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:
[0020]I為載荷桿、2為第一平衡機構(gòu)、3為比例電磁鐵、4為第二平衡機構(gòu)、5為腳釘、6為微位移傳感器、7為導線、8為PID運算控制器、9為導線、3-1為極靴、3-2為第一導磁環(huán)、3_3為隔磁環(huán)、3-4為第二導磁環(huán)、3-5為殼體、3-6為第二限位環(huán)、3-7為銜鐵、3_8為勵磁線圈、3-9為行程間隙、3-10為第一限位環(huán)。
【具體實施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]本發(fā)明實施例提供的一種基于比例電磁鐵的隔振機構(gòu)，可以應用于絕對重力儀中。絕對重力儀中隔振機構(gòu)的待隔振對象通常為反射型光學器件，例如角錐棱鏡，可將角錐棱鏡安裝在載荷桿I頂端。本發(fā)明實施例提供的隔振機構(gòu)在航空航天、光學、機械加工、醫(yī)療及制造業(yè)等領域也有廣泛的應用。
[0023]圖1示出了本發(fā)明實施例提供的一種基于比例電磁鐵的隔振機構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理縱剖面示意圖，圖2示出了本發(fā)明實施例提供的一種基于比例電磁鐵的隔振機構(gòu)的部件之一比例電磁鐵的剖面示意圖，僅僅示出了與本發(fā)明實施例相關(guān)的部分，詳述如下:
[0024]一種基于比例電磁鐵的隔振機構(gòu)包括載荷桿1、第一平衡機構(gòu)2、比例電磁鐵3、第二平衡機構(gòu)4、腳釘5、微位