专利名称：精密隔振系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及可控抗振精密测量领域，特别是涉及一种使用微作动元件及磁性可控
流体的精密隔振系统。用于精密仪器的支撑部件及校准，起固定、支撑动力总成，同时减少 环境振动向仪器的传递，降低环境干扰对仪器的噪声，提高仪器适应复杂工作环境的能力。
背景技术：
目前，常用精密隔振主要有橡胶、空气弹簧。橡胶由于动特性随频率变化很少，其 降噪、减振能力有限，不能满足现代精密测试需求。空气弹簧解决低频特性有效，但刚度低 引起可靠性降低等问题。美国专利US-5398917采用磁流变体，通过控制阻尼调节系统刚 度，对低频特性较有利。磁流变体阻尼器的隔振方法主要用于大型设备减振，还没有用于精 密设备上，如光刻机、干涉仪的精度隔振方法。
上述方法还不能对低频微振动(频率低于10Hz，振幅小于微米量级)进行有效隔 离。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，而提出基于微作动元件控制的双层(空气弹簧 与磁流变体)隔振系统，可满足精密仪器对低频隔振降噪的要求，大大提高精密仪器的抗 振能力。 本发明的上述目的由如下技术方案实现 本精密隔振系统包括第一层隔振器、第二层隔振器和微位移检测装置；所述第一 层隔振器由第一空气弹簧与磁流变体隔振装置相并连构成，第二层隔振器由第二空气弹簧 与微作动元件相并连构成；所述第二层隔振器安装在第一层隔振器之上，两者相串连为一 体；所述微位移检测装置与第一层隔振器的磁流变体隔振装置相连接，微作动元件与测振 传感器相连；精密仪器放置在第二层隔振器上面，精密仪器通过测振光路与微位移检测装 置的相连接。 与现有技术相比，本发明具有如下特点 1、本精密隔振系统的第一层，空气弹簧与磁流变体隔振装置并连，通过外加电压 控制磁场，系统的刚度就连续可调，固有频率和振动幅值降低了。隔振频率小于2Hz，振动振 幅达O.Ol微米量级。 2、精密隔振系统的第二层，空气弹簧与微作动元件相并连，通过外加电压控制微 作动元件伸縮量，将隔振频率降低到小于2Hz，振动振幅小于纳米量级。 3、将微位移检测装置作为反馈系统，实时调节磁流变体阻尼器的阻尼力大小，将
振动的机械能转化成热能散发掉，进一步提高其隔振效果，确保精密仪器测试需求。 4、本精密隔振系统采用一种新型复合结构，极大简化了系统结构。 5、将空气弹簧、磁流变体阻尼器、微作动元件、微位移检测装置的优点结合在一
起，有利于精密隔振器的设计与制作。本发明结构简单，重量轻，隔振精度高。
图1精密隔振系统的结构示意图
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对发明作详细描述。 参见图l，精密隔振系统包括第一层隔振器1、第二层隔振器2和微位移检测装置3。其中第一层隔振器1包括第一空气弹簧101、磁流变阻尼器(内装磁流变液)102、用于产生磁场的线圈103 ;第一空气弹簧101与磁流变阻尼器102并连在上下两块金属板105与104之间。第二层隔振器2包括第二空气弹簧201和微作动元件202 ;第二空气弹簧201、微作动元件202并连在上面的另一块金属板203与下面的金属板105之间。微作动元件202与测振传感器204相连。第一层隔振器1与第二层隔振器2上下串连，通过中间的金属板105实现连接。微位移检测装置3包括校准装置301、信号处理与控制装置302。微位移检测装置的信号处理与控制装置302与磁流变阻尼器的线圈103相连。精密仪器303放置在第二层隔振器2上面，精密仪器303通过测振光路与微位移检测装置3相连接。
从图l可以看出，在零电流状态用下，第一和第二空气弹簧101和102是单独工作，隔振效果不理想。在外加电流状态下，第一层隔振器1中的线圈103激发磁通使磁流变体阻尼器102产生很大的阻尼力，将振动干扰大大减少。外加电压控制微作动元件202(如压电陶瓷简称PZT)的伸縮，微作动元件202与测振传感器204相连，根据外界振动信号调节第二层隔振器2的刚度，将第一层隔振器1剩余的微振动隔离掉。这样，外界环境的振动对精密仪器测量没有影响。 另外，本精密隔振系统的微位移检测装置3包括校准装置301和信号处理与控制装置302。校准装置301与精密仪器303并排放置在同一机箱内。信号处理与控制装置302送入线圈103。其中校准装置301是一标准的高精度可控元件，在给定电压作用下，其变化量是一定值(称定值)。校准装置301对精密仪器303进行校准时，测得的信号经信号处理与控制装置302后得一测量值。测量值与定值之差得误差信号。该误差信号经信号处理与控制装置302送入线圈103，改变线圈103产生的磁通量大小，从而控制磁流变体阻尼器102阻尼力大小，提高减振效果，达到精密仪器测试需求。本部分使磁流变体阻尼器减振效果达到最佳状态。 本发明的空气弹簧可以选用气囊，微作动器选用控制精度到0. 1纳米的压电陶瓷(PZT)，磁流变体阻尼器是依据Bingham平板模型，采用旁通阀结构设计出的阻尼器，校准装置采用 一标准的高精度压电陶瓷元件。 可见，本发明是基于磁流变体与PZT、气囊构建低频双层耦合隔振装置，能根据工作环境自动调整隔振器结构、参数和控制方法，提高系统适应不同环境的抗振需求，具有自适应性好、能对低频振动进行有效隔离、重量轻的优点。可用于光学测量、精密平台、超精密加工、环境监测等领域。
权利要求
一种精密隔振系统，它包括第一层隔振器(1)、第二层隔振器(2)和微位移检测装置(3)；其特征在于所述第一层隔振器(1)由第一空气弹簧(101)与磁流变体隔振装置相并连构成，第二层隔振器由第二空气弹簧(201)与微作动元件相并连构成；所述第二层隔振器安装在第一层隔振器(1)之上，两者相串连为一体；所述微位移检测装置(3)与第一层隔振器(1)的磁流变体隔振装置相连接，微作动元件(202)与测振传感器(204)相连；精密仪器(303)放置在第二层隔振器(2)上面，精密仪器(303)通过测振光路与微位移检测装置(3)的相连接。
2. 根据权利要求1所述的精密隔振系统，其特征在于所述磁流变体隔振装置包括磁 流变阻尼器(102)和用于产生磁场的线圈(103)，磁流变阻尼器(102)内装磁流变液。
3. 根据权利要求1所述的精密隔振系统，其特征在于所述微作动元件(202)是一压 电陶瓷或磁致伸縮元件
4. 根据权利要求1所述的精密隔振系统，其特征在于所述微位移检测装置(3)包括 校准装置(301)和信号处理与控制装置(302);校准装置(301)输出的定值信号作为信号 处理与控制装置的输入信号；所述信号处理与控制装置(302)输出误差信号，通过反馈信 号线与磁流变阻尼器的线圈(103)相连。
5. 根据权利要求1所述的精密隔振系统，其特征在于所述第一层隔振器通过两金属 板(104)与(105)将第一空气弹簧(101)与磁流变体隔振装置相并连，所述的第二层隔振 器通过两金属板(105)与(203)将第二空气弹簧(201)与微作动元件(202)相并连。
全文摘要
本发明提出一种精密隔振系统，其包括第一层隔振器、第二层隔振器和微位移检测装置；所述第一层隔振器由第一空气弹簧与磁流变体隔振装置相并连构成，第二层隔振器由第二空气弹簧与微作动元件相并连构成；所述第二层隔振器安装在第一层隔振器之上，两者相串连为一体；所述微位移检测装置与第一层隔振器的磁流变体隔振装置相连接，微作动元件与测振传感器相连；精密仪器放置在第二层隔振器上面，精密仪器通过测振光路与微位移检测装置的相连接。本发明采用了基于微作动元件控制的双层隔振结构，可满足精密仪器对低频隔振降噪的要求，大大提高精密仪器的抗振能力。
文档编号F16F13/04GK101718327SQ200910191610
公开日2010年6月2日 申请日期2009年11月26日 优先权日2009年11月26日
发明者何国田, 张德胜, 曾智, 曾毅, 王松, 马燕 申请人:重庆师范大学