转动振动台及其系统的制作方法

本发明涉及测量校准设备技术领域，尤其涉及一种转动振动台及其系统。

背景技术：

目前国内外已有采用力矩电机驱动的角振动振动台，测量原理一般采用激光干涉法一次校准，其频率范围为5Hz-500Hz；但该振动台价格昂贵、最低测量频率偏高。此外，目前的角振动台承载力一般小于10kg，仅能用于一般角振动传感器的校准，不能用于体积较大的地震转动传感器的校准和小比例尺结构的抗扭转震动试验。

因此急需一种价格相对低廉、最低测量频率低、高承载力的转动振动台及其系统，以能够用于校准地震转动传感器和小比例尺结构的抗扭转震动试验。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供转动振动台，以解决现有技术中存在的振动台的价格昂贵、最低测量频率偏高和承载力小的技术问题。

本发明的目的还在于提供转动振动系统，以解决现有技术中存在的振动台的价格昂贵、最低测量频率偏高和承载力小的技术问题。

基于上述第一目的，本发明提供的转动振动台，包括基座、支撑轴和转动台；所述支撑轴连接所述基座和所述转动台，且所述转动台能够相对于所述基座绕所述支撑轴的轴线转动；

所述基座和所述转动台之间设置有驱动线圈和反馈线圈；所述驱动线圈和所述反馈线圈设置在所述支撑轴的两侧，且所述驱动线圈和所述反馈线圈分别与所述转动台固定连接；

所述基座固定连接有驱动磁路和反馈磁路；所述驱动线圈能够在所述驱动磁路内绕所述支撑轴的轴线往复转动，所述反馈线圈能够在所述反馈磁路内绕所述支撑轴的轴线往复转动。

进一步地，所述驱动磁路包括第一驱动导磁体、第二驱动导磁体和驱动永磁体；所述第一驱动导磁体和所述第二驱动导磁体沿所述支撑轴的轴向依次间隔设置，且所述第二驱动导磁体与所述基座固定连接；

所述第一驱动导磁体的第一端和所述第二驱动导磁体的第一端分别与所述驱动线圈间隔设置；所述第一驱动导磁体相应的第二端和所述第二驱动导磁体相应的第二端分别与所述驱动永磁体固定连接。

进一步地，所述反馈磁路包括第一反馈导磁体、第二反馈导磁体和反馈永磁体；所述第一反馈导磁体和所述第二反馈导磁体沿所述支撑轴的轴向依次间隔设置，且所述第二反馈导磁体与所述基座固定连接；

所述第一反馈导磁体的第一端和所述第二反馈导磁体的第一端分别与所述反馈线圈间隔设置；所述第一反馈导磁体相应的第二端和所述第二反馈导磁体相应的第二端分别与所述反馈永磁体固定连接。

进一步地，沿所述支撑轴的轴向，所述第一驱动导磁体和所述第二驱动导磁体靠近所述驱动线圈的一端分别设置有驱动磁轭，所述第一反馈导磁体和所述第二反馈导磁体靠近所述反馈线圈的一端分别设置有反馈磁轭；

所述第二驱动导磁体通过驱动磁路座与所述基座固定连接；

所述第二反馈导磁体通过反馈磁路座与所述基座固定连接。

进一步地，沿所述支撑轴的轴向，所述驱动线圈、所述第一驱动导磁体、所述第二驱动导磁体和所述驱动永磁体分别呈圆心在所述支撑轴的轴线上的扇环形，所述反馈线圈、所述第一反馈导磁体、所述第二反馈导磁体和所述反馈永磁体分别呈圆心在所述支撑轴的轴线上的扇环形。

进一步地，所述驱动线圈和所述反馈线圈对称设置在所述支撑轴的两侧，所述驱动磁路与所述反馈磁路对称设置在所述支撑轴的两侧。

进一步地，所述支撑轴与所述基座固定连接，所述支撑轴与所述转动台之间设置有轴承；

所述支撑轴与所述转动台之间设置有用于令所述转动台复位的复位装置；所述复位装置包括弹性片或者弹簧。

进一步地，所述转动台包括台体和与所述台体固定连接的两个线圈连接件；

所述两个线圈连接件设置在所述支撑轴的两侧，且分别与所述驱动线圈和所述反馈线圈固定连接；

所述弹性片或者所述弹簧的一端固定连接所述线圈连接件，另一端连接所述支撑轴。

进一步地，所述的转动振动台还包括外壳；所述外壳外套在所述基座上，且与所述基座形成壳腔；

所述外壳设置有与所述转动台相应的凹槽，所述转动台的台面凸出于所述外壳；

所述支撑轴、所述驱动线圈、所述反馈线圈、所述驱动磁路和所述反馈磁路均设置在所述壳腔内。

基于上述第二目的，本发明提供的转动振动系统，包括所述的转动振动台；

所述转动振动台的转动台的台面上设置有限位槽；所述外壳设置有与所述限位槽相应的锁紧限位装置；所述锁紧限位装置的锁紧件能够插入所述限位槽内；

所述外壳设置有与所述转动台相应的刻度盘。

本发明提供的转动振动台，包括基座、支撑轴、转动台、驱动线圈和反馈线圈，其结构简单，便于生产加工且价格相对低廉；通过支撑轴支撑连接转动台，以提高转动振动台的承载力，以使转动振动台能够用于体积较大的地震转动传感器的校准和小比例尺结构的抗扭转震动试验；通过驱动线圈在驱动磁路内绕支撑轴的轴线往复转动，以及反馈线圈在反馈磁路内绕支撑轴的轴线往复转动，以通过双线圈提高转动振动台的阻尼比，从而拓展转动振动台的低频特性，进而降低转动振动台的最低测量频率。

本发明提供的转动振动系统，包括转动振动台，具有结构简单，便于生产加工且价格相对低廉，以及具有承载力高、最低测量频率较低等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的转动振动台的第一角度剖视图；

图2为本发明实施例一提供的转动振动台的第二角度结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的转动振动台的驱动线圈和反馈线圈的结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的转动振动台的驱动永磁体和反馈永磁体的结构示意图；

图5为本发明实施例一提供的转动振动台的驱动磁路和反馈磁路的结构示意图；

图6为本发明实施例一提供的转动振动台的驱动线圈或反馈线圈的剖视图(图中仅显示驱动线圈的标号)；

图7为本发明实施例一提供的转动振动台的驱动磁路或反馈磁路的剖视图(图中仅显示驱动磁路的标号)；

图8为本发明实施例一提供的转动振动台的电路连接示意图。

图标：1-支撑轴；2-轴承；3-转动台；31-台体；32-线圈连接件；33-限位槽；5-反馈线圈；6-第一反馈导磁体；7-反馈永磁体；8-驱动线圈；9-第一驱动导磁体；91-驱动磁轭；10-盖板；11-侧壁；12-盖板紧固螺钉；13-驱动永磁体；14-驱动磁路；15-驱动磁路座；16-基座；17-第二驱动导磁体；19-复位装置；20-第二反馈导磁体；21-反馈磁路座；22-反馈磁路；23-锁紧限位装置；24-刻度盘；101-信号源；102-加法器；103-功率放大器；104-反馈放大器；105-积分器；106-跟随器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

参见图1-图8所示，本实施例提供了一种转动振动台；图1为本实施例提供的转动振动台的第一角度剖视图(图中未显示剖面线)；图2为本实施例提供的转动振动台的第二角度结构示意图；图3为本实施例提供的转动振动台的驱动线圈和反馈线圈的结构示意图；图4为本实施例提供的转动振动台的驱动永磁体和反馈永磁体的结构示意图；图5为本实施例提供的转动振动台的驱动磁路和反馈磁路的结构示意图；图6为本实施例提供的转动振动台的驱动线圈或反馈线圈的剖视图(图中仅显示驱动线圈的标号)；图7为本实施例提供的转动振动台的驱动磁路或反馈磁路的剖视图(图中仅显示驱动磁路的标号)；图8为本实施例提供的转动振动台的电路连接示意图。

参见图1-图7所示，本实施例提供的转动振动台，包括基座16、支撑轴1和转动台3；支撑轴1连接基座16和转动台3，且转动台3能够相对于基座16绕支撑轴1的轴线转动。可选地，转动台3与支撑轴1固定连接，支撑轴1与基座16转动连接，以使转动台3能够相对于基座16转动。可选地，转动台3与支撑轴1转动连接，支撑轴1与基座16固定连接，以使转动台3能够相对于基座16转动；进一步地，支撑轴1与转动台3之间设置有轴承2；也即转动台3通过轴承2能够相对于支撑轴1绕支撑轴1的轴线转动；通过设置轴承2，以进一步提高转动振动台的承载力。可选的，轴承2为大轴向荷载的精密轴承，支撑轴1为大轴向荷载的支撑轴；通过支撑轴1与轴承2配合，以提高转动振动台的承载力。优选地，支撑轴1的轴线与转动台3的轴线共线，以提高转动振动台的测量精度。

基座16和转动台3之间设置有驱动线圈8和反馈线圈5；驱动线圈8和反馈线圈5设置在支撑轴1的两侧，且驱动线圈8和反馈线圈5分别与转动台3固定连接。

基座16固定连接有驱动磁路14和反馈磁路22；驱动线圈8能够在驱动磁路14内绕支撑轴1的轴线往复转动，反馈线圈5能够在反馈磁路22内绕支撑轴1的轴线往复转动。可选地，驱动磁路14和反馈磁路22设置在支撑轴1的两侧，以使驱动线圈8、反馈线圈5能够更好在驱动磁路14、反馈磁路22内转动。

本实施例中转动振动台，包括基座16、支撑轴1、转动台3、驱动线圈8和反馈线圈5，其结构简单，便于生产加工且价格相对低廉；通过支撑轴1支撑连接转动台3，以提高转动振动台的承载力，以使转动振动台能够用于体积较大的地震转动传感器的校准和小比例尺结构的抗扭转震动试验；通过驱动线圈8在驱动磁路14内绕支撑轴1的轴线往复转动，以及反馈线圈5在反馈磁路22内绕支撑轴1的轴线往复转动，以通过双线圈提高转动振动台的阻尼比，从而拓展转动振动台的低频特性，进而降低转动振动台的最低测量频率。

本实施例的可选方案中，驱动磁路14包括第一驱动导磁体9、第二驱动导磁体17和驱动永磁体13；第一驱动导磁体9和第二驱动导磁体17沿支撑轴1的轴向依次间隔设置，且第二驱动导磁体17与基座16固定连接。

第一驱动导磁体9的第一端和第二驱动导磁体17的第一端分别与驱动线圈8间隔设置，也即驱动线圈8在第一驱动导磁体9的第一端和第二驱动导磁体17的第一端之间形成的磁间隙中绕支撑轴1的轴线往复转动；第一驱动导磁体9相应的第二端和第二驱动导磁体17相应的第二端分别与驱动永磁体13固定连接。通过第一驱动导磁体9、第二驱动导磁体17和驱动永磁体13，以增加驱动线圈8转动的测量量程，进而提高转动振动台测量角位移的量程。

本实施例的可选方案中，反馈磁路22包括第一反馈导磁体6、第二反馈导磁体20和反馈永磁体7；第一反馈导磁体6和第二反馈导磁体20沿支撑轴1的轴向依次间隔设置，且第二反馈导磁体20与基座16固定连接。

第一反馈导磁体6的第一端和第二反馈导磁体20的第一端分别与反馈线圈5间隔设置，也即反馈线圈5在第一反馈导磁体6的第一端和第二反馈导磁体20的第一端之间形成的磁间隙中绕支撑轴1的轴线往复转动；第一反馈导磁体6相应的第二端和第二反馈导磁体20相应的第二端分别与反馈永磁体7固定连接。通过第一反馈导磁体6、第二反馈导磁体20和反馈永磁体7，以增加反馈线圈5转动的测量量程，进而提高转动振动台测量角位移的量程。

本实施例的可选方案中，沿支撑轴1的轴向，第一驱动导磁体9和第二驱动导磁体17靠近驱动线圈8的一端分别设置有驱动磁轭91，驱动磁轭91凸出于第一驱动导磁体9或第二驱动导磁体17的表面，参见图7所示；也即，驱动线圈8在第一驱动导磁体9的驱动磁轭91和第二驱动导磁体17的驱动磁轭91之间形成的磁间隙中绕支撑轴1的轴线往复转动。通过驱动磁轭91，以增强驱动永磁体13在第一驱动导磁体9和第二驱动导磁体17之间的磁间隙的磁力线，以使驱动线圈8在驱动磁路14的磁缝隙中运动切割磁力线产生较强的感应电动势。

可选地，沿支撑轴1的轴向，第一反馈导磁体6和第二反馈导磁体20靠近反馈线圈5的一端分别设置有反馈磁轭(图中未标注)，反馈磁轭凸出于第一反馈导磁体6或第二反馈导磁体20的表面；也即，反馈线圈5在第一反馈导磁体6的反馈磁轭和第二反馈导磁体20的反馈磁轭之间形成的磁间隙中绕支撑轴1的轴线往复转动。通过反馈磁轭，以增强反馈永磁体7在第一反馈导磁体6和第二反馈导磁体20之间的磁间隙的磁力线，以使反馈线圈5在反馈磁路22的磁缝隙中运动切割磁力线产生较强的感应电动势。

可选地，第二驱动导磁体17通过驱动磁路座15与基座16固定连接；通过驱动磁路座15，以将第二驱动导磁体17牢固的固定在基座16上，进而将驱动磁路14牢固的固定在基座16上；此外，通过调节驱动磁路座15的高度，以使驱动磁路14更好地与驱动线圈8配合。

可选地，第二反馈导磁体20通过反馈磁路座21与基座16固定连接。通过反馈磁路座21，以将第二反馈导磁体20牢固的固定在基座16上，进而将反馈磁路22牢固的固定在基座16上；此外，通过调节反馈磁路座21的高度，以使反馈磁路22更好地与反馈线圈5配合。

本实施例的可选方案中，沿支撑轴1的轴向，驱动线圈8、第一驱动导磁体9、第二驱动导磁体17和驱动永磁体13分别呈圆心在支撑轴1的轴线上的扇环形；以增加驱动线圈8转动的测量量程，进而提高转动振动台测量角位移的量程。沿支撑轴1的轴向，反馈线圈5、第一反馈导磁体6、第二反馈导磁体20和反馈永磁体7分别呈圆心在支撑轴1的轴线上的扇环形；以增加反馈线圈5转动的测量量程，进而提高转动振动台测量角位移的量程。

可选地，第一驱动导磁体9、第二驱动导磁体17和驱动永磁体13的圆心角相同；第一反馈导磁体6、第二反馈导磁体20和反馈永磁体7的圆心角相同。沿支撑轴1的轴向，第一驱动导磁体9和第二驱动导磁体17的截面面积相同，第一反馈导磁体6和第二反馈导磁体20的截面面积相同。

本实施例的可选方案中，驱动线圈8和反馈线圈5对称设置在支撑轴1的两侧，驱动磁路14与反馈磁路22对称设置在支撑轴1的两侧，以简化转动振动台的结构，便于计算转动振动台的测量角度，还可以提高转动振动台的测量精度。

本实施例的可选方案中，支撑轴1与转动台3之间设置有用于令转动台3复位的复位装置19；复位装置19包括弹性片或者弹簧。通过复位装置19，以在完成对校准地震转动传感器、小比例尺结构的抗扭转震动等试验后，转动振动台的转动台3能够自动复位，以提高转动振动台的自动化性能。

本实施例的可选方案中，转动台3包括台体31和与台体31固定连接的两个线圈连接件32。

两个线圈连接件32设置在支撑轴1的两侧，且分别与驱动线圈8和反馈线圈5固定连接；可选地，两个线圈连接件32对称设置在支撑轴1的两侧。通过线圈连接件32以将驱动线圈8和反馈线圈5固定连接在台体31上，以使驱动线圈8和反馈线圈5随台体31的转动而转动；此外，通过调节线圈连接件32的高度，以使驱动磁路14更好地与驱动线圈8配合，反馈磁路22更好地与反馈线圈5配合。

弹性片或者弹簧的一端固定连接线圈连接件32，另一端连接支撑轴1。可选地，弹性片或者弹簧的数量为两组，两组弹性片或者弹簧对称设置在支撑轴1的两侧；每组弹性片包括一个或者多个弹性片，或者每组弹簧包括一个或者多个弹簧。

本实施例的可选方案中，转动振动台还包括外壳(图中未标注)；外壳外套在基座16上，且与基座16形成壳腔；外壳设置有与转动台3相应的凹槽(图中未标注)，转动台3的台面凸出于外壳；支撑轴1、驱动线圈8、反馈线圈5、驱动磁路14和反馈磁路22均设置在壳腔内。通过令转动台3的台面凸出于外壳，以便地震转动传感器等需要检测、校准的仪器设备与转动台3的台面固定，并随转动台3相对于基座16绕支撑轴1的轴线转动。

进一步地，外壳包括盖板10和侧壁11；侧壁11固定连接盖板10和基座16，且盖板10、侧壁11和基座16形成壳腔；支撑轴1、驱动线圈8、反馈线圈5、驱动磁路14和反馈磁路22均设置在壳腔内；盖板10设置有与转动台3相应的凹槽，转动台3的台面凸出于盖板10。

可选地，侧壁11的横截面呈圆形。可选地，盖板10通过盖板紧固螺钉12与侧壁11固定连接。

可选地，转动台3包括台体31和与台体31固定连接的两个线圈连接件32。盖板10的凹槽与台体31相应，且台体31的台面凸出于盖板10。

现有公式：角加速度式中θ为角位移，f为频率；由该公式可知，测量角位移的量程较小时，在超低频时角加速度的幅值更小，因此给地震转动加速度计等设备的超低频校准带来较大误差。本实施例所述的转动振动台，通过驱动磁路14和反馈磁路22以使测量角位移的量程较大，可达到±45°；通过支撑轴1和转动台3以提高承载力，可达到60kg；通过驱动线圈8在驱动磁路14内绕支撑轴1的轴线往复转动，以及反馈线圈5在反馈磁路22内绕支撑轴1的轴线往复转动，以拓展转动振动台的低频特性，可达到0.003Hz。

参见图8所示，本实施例的可选方案中，所述转动振动台包括信号源101、加法器102、功率放大器103、反馈放大器104，积分器105和跟随器106。

驱动线圈8依次通过功率放大器103、加法器102与信号源101电连接，信号源101用于提供正弦电压信号；反馈线圈5通过反馈放大器104与加法器102电连接，反馈线圈5还分别与积分器105和跟随器106连接，以使跟随器106输出角振动速度信号，积分器105输出角振动位移信号。

信号源101例如可以为信号发生器；当信号发生器输出的正弦电压信号，经加法器102、功率放大器103后输入给呈扇形的驱动线圈8，驱动线圈8在呈扇形的驱动磁路14的磁缝隙中运动，带动转动台3做角振动。与驱动线圈8同步运动的反馈线圈5在反馈磁路22的磁缝隙中运动产生感应电动势，此感应电动势经过反馈放大器104、加法器102和功率放大器103输入给驱动线圈8，产生阻尼力，通过调整反馈放大器104的放大倍数，可大大提高转动台3的阻尼比，也即可大大提高转动振动台的阻尼比，从而拓展转动振动台的低频特性。同时反馈线圈5感应电动势也输入给跟随器106和积分器105，分别输出与转动振动角振动速度和角振动位移θ成正比的电压V_θ′和V_θ，该电压可用于转动地震传感器等设备超低频校准时的标准信号电压。

当忽略空气阻尼时，转动振动台的微分方程为：

式中：θ转动台3的角位移，转动台3的角速度；转动台3的角加速度；

为转动台3的转动惯量；r为转动台3的台面的半径，k为转动台3的扭转刚度；m为转动部分质量；

为电子阻尼力系数；G₁为反馈线圈5的机电耦合系数，G₂为驱动线圈8的机电耦合系数；

T_m＝G₂ir为驱动力矩，i为流入驱动线圈8的电流，R为功率放大器103的回路电阻。

由于转动台3是在低频和超低频段工作，线圈电感影响可忽略。

方程(1)的解为：

可求得转动台3的阻尼比为：

从方程(3)可以看出，当转动台3的机械参数、线圈的匝数确定之后，仅需要提高反馈放大器104的放大倍数K，即可增大阻尼比。

转动台3的自振频率为

转动台3的低频下限为

从方程(5)可以看出，阻尼比越大，转动振动台的低频下限越低。

本实施例中所述转动振动台采用了对称的平面式扇形磁路结构、扇形线圈结构和复位装置19，可实现大量程的角振动位移的测量。

实施例二

实施例二提供了一种转动振动系统，该实施例包括实施例一所述的转动振动台，实施例一所公开的转动振动台的技术特征也适用于该实施例，实施例一已公开的转动振动台的技术特征不再重复描述。

为节约篇幅，该实施例的改进特征同样体现在图1、图2中，因此，结合图1、图2对该实施例的方案进行说明。

参见图1、图2所示，本实施例提供的转动振动系统，包括转动振动台。

转动振动台的转动台3的台面上设置有限位槽33；外壳设置有与限位槽33相应的锁紧限位装置23，也即盖板10设置有与限位槽33相应的锁紧限位装置23；锁紧限位装置23的锁紧件能够插入限位槽33内；通过限位槽33和锁紧限位装置23，以便能够将转动振动台的转动台3锁死，避免或者减少运输途中对转动振动系统的损害。此外，限位槽33还可以用于固定转动地震传感器等设备。

可选地，限位槽33与锁紧件采用燕尾的卯榫结构。

可选地，外壳设置有与转动台3相应的刻度盘24，也即盖板10设置有与转动台3相应的刻度盘24。通过刻度盘24，便于读取转动振动台转动的角位移量程。

本实施例中所述转动振动系统包括转动振动台，具有结构简单，便于生产加工且价格相对低廉，以及具有承载力高、最低测量频率较低等优点。

本实施例中所述转动振动系统具有实施例一所述转动振动台的优点，实施例一所公开的所述转动振动台的其他优点在此不再重复描述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。