基于两级摆杆结构的超低频垂直隔振系统王观胡华伍康李刚-物理学报.PDF

基于两级摆杆结构的超低频垂直隔振系统 王观 胡华 伍康 李刚 王力军 Ultra-low-frequencyvertical vibrationisolatorbasedona two-stage beam structure WangGuan HuHua WuKang LiGang WangLi-Jun 引用信息Citation: ActaPhysicaSinica, ,200702(2016) DOI: 10.7498/aps.65.200702 在线阅读Viewonline: /10.7498/aps.65.200702 当期内容Viewtableofcontents: /CN/Y2016/V65/I20 您可能感兴趣的其他文章 Articlesyoumaybeinterestedin 新型高精度绝对重力仪 Anewhighprecisionabsolutegravimeter 物理学报.2012,61(9): 099101 /10.7498/aps.61.099101 物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 65, No. 20 (2016) 200702 基于两级摆杆结构的超低频垂直隔振系统 王观 胡华 伍康 李刚 王力军 (清华大学精密仪器系, 北京 100084) (精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京 100084) ( 2016 年5 月24 日收到; 2016 年6 月13 日收到修改稿) 在许多精密科学实验和测试中, 对地面垂直振动的有效隔离影响着实验结果和测试结果的精度. 本文提 出一种全新的两级摆杆结构的超低频垂直隔振系统, 在原理分析的基础上, 设计并实现了该系统的样机. 两 根水平摆杆放置在同一竖直平面, 绕各自铰链旋转, 上摆杆通过普通弹簧悬挂于基座, 下摆杆通过零长弹簧悬 挂于上摆杆. 系统通过光电探测方法检测两根摆杆的夹角作为误差信号, 经过闭环控制将反馈力作用于上摆 杆, 使两根摆杆的夹角为零. 零长弹簧悬挂点的位置与系统刚度有着密切关系, 通过精细地调节弹簧悬挂点 的位置, 合理地设置控制参数, 可以实现一个本征频率低至0.01 Hz 的系统. 理论上, 该系统相对于被动式垂 直隔振系统具有更好的隔振效果和抗干扰能力, 相对于传统的主动式垂直隔振系统体积更小, 结构更简单, 有 望应用于精密物理实验和科学研究当中. 关键词: 垂直隔振, 超低频, 两级摆杆, 主动控制 PACS: 07.10.Fq, 07.10.–h, 91.10.Pp DOI: 10.7498/aps.65.200702 人类活动. 频率在0.05—0.5 Hz 的噪声一般被称为 1 引 言 地球脉动噪声, 主要来源是海浪撞击海岸时在地 壳中产生的表面波和体波, 其中0.06—0.09 Hz 的 对于许多精密仪器和科学研究实验而言, 特别 噪声是撞击产生的基频, 0.12—0.16 Hz 为其二次 是一些涉及高精度位置探测、微小力检测等, 地球 谐波, 二次谐波的噪声幅值往往比基频的幅值更 脉动噪声和环境噪声一直以来都是影响其性能和 大1013 . 因此, 为了有效地隔绝地球脉动噪声和 结果的一大因素, 因此隔振系统在其中发挥着重要 12 周围环境振动噪声, 隔振系统的本征频率须至少低 的作用 . 例如, 精密扭秤系统常用于验证等效 于0.05