[实用新型]一种基于静电负刚度的弹簧隔振系统

说明书

技术领域

本实用新型属于重力仪技术领域，更具体地，涉及一种基于静电负刚度的弹簧隔振系统。

背景技术

隔振系统是绝对重力仪的核心部件之一，隔振系统的性能直接影响绝对重力仪的精度水平，并且隔振系统在航空航天、光学、机械加工、医疗及制造业等领域也有广泛的应用。

弹簧隔振系统是最常见的隔振系统之一，目前长周期弹簧隔振系统主要有主动隔振系统和机械负刚度弹簧隔振系统，主动隔振系统典型代表是美国Micro-g LaCoste公司的超长弹簧系统，它利用激光检测被隔振对象的相对运动，通过磁反馈补偿该运动，保持被隔振对象的相对静止，达到隔离低频振动的效果；机械负刚度弹簧隔振系统的典型代表是美国MinusK隔振台，它利用机械负刚度弹簧抵消主支撑弹簧的刚度，降低整个系统的刚度，达到隔离低频振动的效果。无论是超长弹簧还是MinusK隔振台，它们的机械结构和系统都非常复杂，需要精密的设计和加工机械系统等。

若想隔离低频振动噪声，就需要弹簧的谐振周期越长越好。但是弹簧的谐振周期越长，就需要弹簧的几何尺寸越长，实际中弹簧的几何尺寸有限，因此弹簧隔振系统的谐振周期通常不会太长，达不到几秒甚至几十秒，无法实现更低频率的隔振。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种基于静电负刚度的弹簧隔振系统，其目的在于克服普通机械弹簧几何尺寸的限制，实现弹簧隔振系统在低频隔振中的应用；同时整个系统结构简单，不需要主动反馈与精密的机械设计和加工就能达到同样的隔振效果。

本实用新型提供了一种基于静电负刚度的弹簧隔振系统，包括：外框架、位于所述外框架底部的调平装置、位于所述外框架上端的隔振平板、位于所述外框架内且一端与所述外框架底面固定连接，另一端与所述隔振平板固定连接的机械弹簧、沿所述机械弹簧的径向并与其固定连接的中间电容极板、与所述外框架侧壁固定连接且以所述中间电容极板为中心对称设置的第一电容极板和第二电容极板、以及用于给所述第一电容极板、第二电容极板和所述中间电容极板施加电压的电源；所述第一电容极板和所述第二电容极板均为中心具有通孔的规则形状；所述第一电容极板和所述中间电容极板构成第一电容C₁，所述第二电容极板和所述中间电容极板构成第二电容C₂，使得所述第一电容C₁和所述第二电容C₂构成差分电容对；通过给所述第一电容极板和第二电容极板施加极性相反大小相等的直流电压，给中间电容极板施加交流电压，利用差分电容对中产生的静电负刚度去抵消所述机械弹簧的刚度，从而实现对低频振动的隔离。

更进一步地，所述第一电容极板和所述第二电容极板的结构相同，均为圆环状薄板结构；这种圆环状结构能够增大电容极板的正对面积，在施加电压相同的情况下能够获得更大的静电负刚度，提升隔振效果。

更进一步地，所述电源为所述中间电容极板施加交流电压，所述电源为所述第一电容极板和所述第二电容极板施加直流电压。第一电容极板和第二电容极板会对中间电容极板产生静电力的作用，该静电力中包含两部分：与中间电容极板偏离其平衡位置位移有关的力和与中间电容极板偏离其平衡位置位移无关的力。如果中间电容极板上仅施加交流电压(无直流电压)，则该静电力就只剩下与中间电容极板偏离其平衡位置位移有关的力，此时可以将施加电压的差分电容对看成一个静电弹簧，并且由于该静电弹簧的作用效果与机械弹簧的作用效果相反，因此该静电弹簧的刚度可以称为静电负刚度。利用该静电负刚度去抵消机械弹簧的机械刚度，则整个弹簧隔振系统总的等效刚度降低了，即弹簧隔振系统总的等效谐振频率降低了，能够对更低频率的振动进行隔离。

更进一步地，所述中间电容极板与所述机械弹簧沿其径向固定设置并且与第一电容极板和第二电容极板的距离相等。

本实用新型在机械弹簧隔振系统的基础上，增加差分电容对形成静电负刚度抵消部分机械弹簧的刚度，从而达到降低整个弹簧系统总刚度的效果，实现对低频振动的隔离，解决低频隔振的难点问题。