[发明专利]一种一级主动式超低频垂直隔振系统

说明书

本发明公开了一种一级主动式超低频垂直隔振系统，包括被动式隔振平台、负载、振动传感器、驱动器、控制电路，被动式隔振平台内设有水平限位机构，水平限位机构为任意能够限制物体的三个旋转自由度和在水平面内平移的两个自由度的机构，保证其仅具有垂直方向平移的单自由度。本发明系统具有复杂度较低、长期稳定性好的特点，通过机械设计实现水平限位的方案更为简单，且有助于提升主动隔振系统的稳定性。与现有技术相比，本发明无需更多成本，效率无明显降低。

技术领域

本发明属于绝对重力测量技术领域，具体涉及一种一级主动式超低频垂直隔振系统。

背景技术

绝对重力测量，即对重力加速度绝对值的精确测量，在计量学、地球物理、资源勘探、辅助导航、军事、海洋监测等领域有着重要意义和广泛应用，同时也为相对重力测量提供参考基准。测量绝对重力值的仪器称为绝对重力仪。经过两百多年的发展，目前绝对重力仪普遍通过测量真空中的自由落体轨迹来间接求解重力加速度，其测量精度最高可达微伽(μGal，1μGal＝1×10^-8m·s^-2)量级。对下落轨迹的测量普遍采用激光干涉或原子干涉的测量方法，二者都需要使用稳定的参考镜。实际情况中，地面振动噪声会对参考镜产生极大的影响，严重制约绝对重力仪的测量精度。目前常用的解决地面振动噪声的方法包括隔振系统和振动补偿方法这两大类，二者在各种光学重力仪和原子重力仪中均有所应用。隔振系统从物理上构建一个针对振动的低通滤波器，减少地面高频振动对参考镜的影响。

超低频垂直隔振系统可以从原理上分为被动式(无源)和主动式(有源)，其中主动式又可以分为一级主动式和二级主动式。一级主动式垂直隔振系统可以简化为利用反馈控制实现长周期的一级弹簧-振子结构。系统使用加速度计测量被隔振物体的绝对加速度，反馈控制电路根据加速度信号控制直线电机驱动被隔振物体，使其加速度保持不变，从而消除地面振动噪声的影响。斯坦福大学研制的原子干涉式绝对重力仪采用的Hensley等人研制的垂直隔振系统。系统中的振子内部安装加速度计，由垂直弹簧支撑，在空气轴承的限制下做严格的直线运动，其振动受到直线电机施加的反馈力的抑制，周期达到30s。除加速度计外，地震计也可以作为测量被隔振物体运动的传感器。汤彪等人基于Minus KTechnology公司的被动隔振平台研制出的一级主动式垂直隔振系统即采用这种构造，周期达到66s。周敏康等人基于类似结构实现了三轴主动隔振系统，垂直方向上的周期可达100s。

虽然理想情况下绝对值重力仪中参考镜的水平振动与垂直振动互不相关，但实际情况中任何机械结构都无法彻底消除水平振动与垂直振动之间的交叉耦合。现有的一级隔振技术中，构建水平方向上的主动反馈环节来抑制水平方向振动的方案增加了系统的复杂性，增益选择不当会引起系统的不稳定。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明的目的在于提供一种一级主动式超低频垂直隔振系统。本发明解决了现有一级主动式垂直隔振系统的水平限位结构方案较为复杂，且抑制参考镜水平振动时可能造成隔振系统稳定性下降的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种一级主动式超低频垂直隔振系统，包括被动式隔振平台、负载、振动传感器、驱动器、控制电路，被动式隔振平台内设有水平限位机构，水平限位机构为任意能够限制物体的三个旋转自由度和在水平面内平移的两个自由度的机构。

进一步地，被动式隔振平台包括基座、顶部平台，顶部平台水平设置在基座内，基座与顶部平台之间设有弹簧。

进一步地，负载包括参考镜、镜架、配重。

进一步地，水平限位机构为限位杆，限位杆设有若干根，其中一部分呈旋转对称分布在上层水平面内，另一部分呈旋转对称分布在下层水平面内；每根限位杆的两端分别与顶部平板和基座连接。

进一步地，限位杆为钢丝或采用形状记忆合金制成的杆。