晶体炉称重模块的被动隔振研究.docxVIP

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晶体炉称重模块的被动隔振研究

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摘要：针对晶体生长炉称重模块的振动导致测得重量值的跳动，提出针对该模块的被动减振系统模型通过MATLAB软件仿真，从中选取减振效果最好的参数，由最终分析结果可得，加入的减振系统具有良好的减振性，提高称重模块的稳定性，取得了较好的效果。

关键词：晶体炉；被动减振；参数优化

ResearchonPassiveVibrationReductionofCrystalFurnaceWeighModule

ZHANGJunSheng,TANGJingYuan,YANGJunLiang,LIUyunxia

(XianUniversityofTechnology,Xian710048,China)

Abstract:Inviewofthevibrationoftheweighingmoduleduringtheuseofthecrystalgrowthfurnace,themeasuredweightvalueisbeaten,andapassivedampingsystemisproposedforthedevice.Atthesametime,thesystemisdesignedindetail,andtheparameterswiththebestdampingeffectareselectedthroughMATLABsoftwaresimulation.Theshockabsorptionsystemhasgoodshockabsorptiontotheequipment,improvesthestabilityoftheweighingmodule,andachievesgoodresults.

Keywords:Crystalfurnace;Passivedamping;Parameteroptimization

引言

对于提拉法晶体生长，为了控制晶体的等径生长，数据的采集由称重传感器采集，通过计算得到两个重量数据，一个是绝对重量，也就是晶体的实际重量，另一个是重量增加量，即所设定的时间内晶体增加的重量。根据所采集这两个数据，和响应时间内提拉的长度计算出晶体直径信息，并与晶体直径的设定值进行比较做差。又因为晶体的生长速度十分缓慢，一般生长速度为1g/min,这就对称重传感器的分辨率达到0.02g，为了保证称重传感器的精度，则需要对其进行减振晶体炉的称重称重传感器采集器如图1.1所示：

图1.1晶体炉的称重系统

Fig.1Crystalfurnaceweighingsystem

1称重系统振动建模建模

本节主要计算机体的振动对称重传感器的影响，机体的振动来源分为外部的干扰例如地面传递到机体振动；也有机体自身的水泵，提升电机等的振动。由原先的只有设备的整体减振，增加为在为在称重传感器和机体之间增加弹簧阻尼系统。增加的位置如图1.2所示：

图1.2机体增加减振位置

Fig.1.2increasevibrationreductionpositionofenginebody

增加完减振模块后，称重模块相对于地面由原来的单自由度变成了双自由度系统，其数学模型和振动幅度将大幅度降低，对称重模块建立模型如图1.3：

图1.3当机体受到振动时对称重系统建模

Fig.1.3modelingofsymmetricalweightsystemwhenthebodyissubjecttovibration

其中，数学建模的动力学方程为：

（1.1）

（1.2）

对（1.1）、（1.2）进行拉普拉斯变换，并且令初始条件等于零，得

（1.3）

（1.4）

消除X1(s)求得

（1.5）

系统的传递函数为

（1.6）

由参数：

（1.7）

是系统自由振动的固有角频率

（1.8）

是临界阻尼系数

（1.9）

将阻尼比和固有频率wn带入（1.6），则传递

（1.10）

将已知的m1=1000kg,m2=10kg,k1=1e06N/m,c1=10N/(m/s)带入（1.10），得公式（1.11）。

（1.11）

2动力学方程进行频谱响应分析

为减少称重传感器的振动，对全频段进行测试，对传递函数进行计算得出当称重传感器的固有频率wn2与机体固有频率wn1相同机体的振动最小，即wn2=wn1=31.6，频率与传递率如图1.4：

图1.4频率与传递率的关系