双动圈伺服式超低频转动振动台的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种双动圈伺服式超低频转动振动台，包括底板、外壳，底板上设有转动台、驱动系统和反馈系统，转动台包括立轴，立轴位于精密轴承下方的轴段与弹簧片一端固定连接，弹簧片另一端通过弹簧连接器与圆形转动台面相连，驱动系统包括信号源、驱动线圈、磁路，反馈系统包括反馈放大器、反馈线圈、磁路，反馈线圈与驱动线圈关于立轴对称安装，反馈系统的磁路与驱动系统的磁路关于立轴对称安装，磁路包括永磁体和凹字形的磁轭，磁轭的两侧臂与永磁体左右两个侧面之间的空隙形成磁缝隙。本发明结构简单、设计合理，校准精度高，校准费用低，低频下限小，可实现对各类转动信号测量仪器校准。
【专利说明】双动圈伺服式超低频转动振动台
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种转动振动台，特别是涉及一种双动圈伺服式超低频转动振动台。
【背景技术】
[0002] 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5-500HZ，但是振动台价格昂贵、最低测量频率偏高。另外角振 动台的承载力一般小于l〇kg，而测量地震低频或超低频分量的转动信号测量仪器的质量远 大于l〇kg，同时目前角振动台用于地震转动测量仪器校准还存在校准精度差、承载力低、校 准费用高等问题，因此急需一种廉价、超低频的转动振动台校准地震转动测量仪器灵敏度、 频率响应等参数。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服上述技术中存在的不足之处，提供一种结构简单、设计合 理，校准精度高，承载力大，校准费用低，超低频，可实现对各类转动信号测量仪器校准的双 动圈伺服式超低频转动振动台。
[0004] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括底板、外壳，所述的底板上设 有转动台、驱动系统和反馈系统，所述的转动台包括立轴，立轴下端安装在底板上，立轴上 端通过精密轴承与圆形转动台面连接，立轴位于精密轴承下方的轴段与弹簧片一端固定连 接，弹簧片另一端通过弹簧连接器与圆形转动台面相连，所述的驱动系统包括信号源、驱动 线圈、磁路，驱动线圈上端通过驱动线圈连接器安装在圆形转动台面底面的边沿，中间部分 位于磁路中，驱动系统的磁路通过驱动磁路连接器安装在底板上，反馈系统包括反馈放大 器、反馈线圈、磁路，反馈线圈与驱动线圈关于立轴对称安装，上端通过反馈线圈连接器安 装在圆形转动台面底面的边沿，中间部分位于磁路中，反馈系统的磁路通过反馈磁路连接 器安装在底板上，且与驱动系统的磁路关于立轴对称安装，所述的磁路包括永磁体和凹字 形的磁轭，永磁体位于磁轭两侧臂的中间，底面与磁轭的底部固定连接，前端面与磁轭开口 顶端平齐，左右两个侧面为以立轴为轴心的圆弧面，磁轭的两侧臂内侧也设有以立轴为轴 心的圆弧面，各圆弧面的曲率向远离立轴的方向依次减小，磁轭的两侧臂与永磁体左右两 个侧面之间的空隙形成磁缝隙，驱动线圈置于驱动系统中磁路的磁缝隙内，反馈线圈置于 反馈系统中磁路的磁缝隙内，驱动线圈依次通过功率放大器、加法器与信号源连通，信号源 用于提供正弦电压信号，反馈线圈通过反馈放大器与加法器连通，还分别与积分器和跟随 器连接，跟随器输出角振动速度信号，积分器输出角振动位移信号。
[0005] 本发明的优点是：
[0006] 1.结构简单、设计合理，制造难度低；
[0007] 2.立轴通过精密轴承与圆形转动台面连接，定位准确；
[0008] 3.激振器工作低频性能好，可低至0. 01Hz，校准精度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1是本发明结构示意图；
[0010] 图2是本发明的外壳图；
[0011] 图3是本发明的全剖剖面图；
[0012] 图4是本发明的磁路结构图；
[0013] 图5是本发明的电器原理方框图；
[0014] 图6是本发明的力学模型图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
[0016] 由图1-图6可知，本发明包括底板2、外壳11，所述的底板2上设有转动台、驱动 系统和反馈系统，所述的转动台包括立轴16,立轴16下端安装在底板2上，立轴16上端通 过精密轴承15与圆形转动台面17连接，立轴16位于精密轴承15下方的轴段与弹簧片14 一端固定连接，弹簧片14另一端通过弹簧连接器13与圆形转动台面17相连，所述的驱动 系统包括信号源26、驱动线圈19、磁路20,驱动线圈19上端通过驱动线圈连接器18安装在 圆形转动台面17底面的边沿，中间部分位于磁路20中，驱动系统的磁路20通过驱动磁路 连接器23安装在底板2上，反馈系统包括反馈放大器29、反馈线圈9、磁路20,反馈线圈9 与驱动线圈19关于立轴16对称安装，上端通过反馈线圈连接器10安装在圆形转动台面17 底面的边沿，中间部分位于磁路20中，反馈系统的磁路20通过反馈磁路连接器6安装在底 板2上，且与驱动系统的磁路20关于立轴16对称安装，所述的磁路20包括永磁体8和凹 字形的磁轭7,永磁体8位于磁轭7两侧臂的中间，底面与磁轭7的底部固定连接，前端面与 磁轭7开口顶端平齐，左右两个侧面为以立轴16为轴心的圆弧面，磁轭7的两侧臂内侧也 设有以立轴16为轴心的圆弧面，各圆弧面的曲率向远离立轴16的方向依次减小，磁轭7的 两侧臂与永磁体8左右两个侧面之间的空隙形成磁缝隙21，驱动线圈19置于驱动系统中磁 路20的磁缝隙21内，反馈线圈9置于反馈系统中磁路20的磁缝隙21内，驱动线圈19依 次通过功率放大器28、加法器27与信号源26连通，信号源26用于提供正弦电压信号，反馈 线圈9通过反馈放大器29与加法器27连通，还分别与积分器31和跟随器30连接，跟随器 30输出角振动速度信号，积分器31输出角振动位移信号。
[0017] 所述的驱动线圈19通过驱动线圈引线簧24、驱动线圈接线柱25和插座5相连，反 馈线圈9通过反馈线圈引线簧4、反馈线圈接线柱3和插座5相连。
[0018] 所述的底板2为圆形，固定安装在与其同心的圆形底座1上。
[0019] 所述的外壳11为圆筒形，转动台、驱动系统和反馈系统布置于外壳11内部，夕卜壳 11外侧壁设有两个对称布置的把手22。
[0020] 所述的弹簧片14为弧形，弹簧连接器13下端侧面与弹簧片14通过螺钉12相连。
[0021] 本发明的一种双动圈伺服式超低频的转动振动台，包括坐落在底座1上的底板2 和圆形外壳11组成的空间内装有转动台、对称安装的驱动系统和反馈系统、弹簧系统。转 动台包括底板2、立轴16、中心镶嵌精密轴承15的圆形转动台面17、弹簧系统以及和台面相 连的驱动线圈19和反馈线圈9。立轴16的下端和转动台底板2相连、底板2安装在同心 圆的底座1上，立轴16的上部装有镶嵌精密轴承15的圆形转动台面17,轴承15的外圈镶 嵌于圆形转动台面17的中心，轴承15的内圈镶嵌于立轴16的上端，圆形转动台面17绕立 轴16的上端部转动。圆形转动台面17底面的边沿对称装有驱动线圈连接器18和反馈线 圈连接器10,驱动线圈连接器18和反馈线圈连接器10布置在圆形转动台面17边沿的目的 就是保证作用力相同时，力矩大，灵敏性好。弹簧系统包括弹簧连接器13、弹簧片14、用于 弹簧片14固定的螺钉12,弹簧连接器13的上端面和圆形转动台面17的底面相连，弹簧连 接器13下端的侧面和弹簧片14的一端通过螺钉12相连，弹簧片14的另一端和立轴16相 连，同样采用螺钉12固定连接，弹簧片14的宽度方向为垂直方向，即与立轴16轴向相同， 如此弹簧系统可为转动台提供一定的扭转刚度。
[0022] 本发明驱动系统包括信号源26、功率放大器28、驱动线圈19、驱动线圈连接器18、 磁路20、驱动磁路连接器23。驱动线圈连接器18的上端面和圆形转动台面17底面的边沿 相连，驱动线圈连接器18下端面和驱动线圈19的上端面相连。驱动线圈19中间部分位于 磁路20中。反馈系统包括反馈线圈9、反馈线圈连接器10、磁路20、反馈磁路连接器6、反 馈放大器27。反馈线圈连接器10的上端面和圆形转动台面17底面的边沿相连，反馈线圈 连接器10的下端面和反馈线圈9的上端面相连，反馈线圈9中间部分位于磁路20中。反 馈线圈9与驱动线圈19关于立轴16对称安装。
[0023] 磁路20如图4所示，包括永磁体8和凹字形的磁轭7,永磁体8位于磁轭7两侧 臂的中间，底面与磁轭7的底部固定连接，前端面与磁轭7开口顶端平齐，左右两个侧面为 以立轴16为轴心的圆弧面，磁轭7的两侧臂内侧也设有以立轴16为轴心的圆弧面，各圆弧 面均以立轴16为轴心，即各圆弧面的水平截面是以立轴16为圆心的同心圆环，同时各圆弧 面的曲率向远离立轴16的方向依次减小，各圆弧面的曲率的不同使得磁轭7的两侧臂与永 磁体8左右两个侧面之间存在空隙，这种空隙就形成了磁路20的磁缝隙21，磁缝隙21的水 平截面为曲线弧形，垂直截面为矩形。驱动线圈19中间部分位于磁路20中，即驱动线圈19 置于驱动系统中磁路20的磁缝隙21内，以便能够承受电磁力而产生运动；反馈线圈9中间 部分位于磁路20中，即反馈线圈9中间部分置于反馈系统中磁路20的磁缝隙21内，以便 能够切割磁力线产生电信号。
[0024] 驱动系统的磁路20通过驱动磁路连接器23安装在底板2上，反馈系统的磁路20 通过反馈磁路连接器6安装在底板2上，且与驱动系统的磁路20关于立轴16对称安装。由 于反馈线圈9与驱动线圈19也关于立轴16对称安装，因此驱动系统的机械机构和反馈系 统的机械机构也是关于立轴16对称的，如此布置便于动静平衡调校，满足动静平衡，提高 系统精度。
[0025] 驱动线圈19依次通过功率放大器28、加法器27与信号源26连通，信号源26用于 提供正弦电压信号，反馈线圈9通过反馈放大器29与加法器27连通，还分别与积分器31 和跟随器30连接，跟随器30输出角振动速度信号，积分器31输出角振动位移信号。为了 便于电器系统的连接，反馈线圈9的两个端子通过反馈线圈引线簧4、反馈线圈接线柱3和 插座5相连，驱动线圈19的两个端子通过驱动线圈引线簧24、驱动线圈接线柱25和插座5 相连。插座5振动台的信号源和后处理系统连接。
[0026] 本发明的振动台，信号源26输出正弦电压信号Ui，经加法器27、功率放大器28后 输入给驱动线圈19,驱动线圈19在磁缝隙21中运动，带动圆形转动台面17做角振动。与 驱动线圈19同步运动的反馈线圈9在反馈磁路的磁缝隙中运动产生感应电动势e s，感应电 动势es经过反馈放大器29、加法器27、功率放大器28后输入给驱动线圈19,产生阻尼力， 通过调整反馈放大器29的放大倍数K，可大大提高转动振动台系统的阻尼比，从而拓展转 动振动台的低频特性。同时反馈线圈感应电动势e s也输入给跟随器30和积分器31，分别 输出与角振动速度6和角振动位移Θ成正比的电压^和V0，如图5所不。
[0027] 转动振动台的力学模型如图6所示，转动振动台的微分方程为：
[0028]
【权利要求】
1. 一种双动圈伺服式超低频转动振动台，包括底板（2)、外壳（11)，其特征在于：所述 的底板（2)上设有转动台、驱动系统和反馈系统，所述的转动台包括立轴（16)，立轴（16)下 端安装在底板（2)上，立轴（16)上端通过精密轴承（15)与圆形转动台面（17)连接，立轴 (16)位于精密轴承（15)下方的轴段与弹簧片（14) 一端固定连接，弹簧片（14)另一端通过 弹簧连接器（13)与圆形转动台面（17)相连，所述的驱动系统包括信号源（26)、驱动线圈 (19)、磁路（20)，驱动线圈（19)上端通过驱动线圈连接器（18)安装在圆形转动台面（17) 底面的边沿，中间部分位于磁路（20)中，驱动系统的磁路（20)通过驱动磁路连接器（23) 安装在底板（2)上，反馈系统包括反馈放大器（29)、反馈线圈（9)、磁路（20)，反馈线圈（9) 与驱动线圈（19)关于立轴（16)对称安装，上端通过反馈线圈连接器（10)安装在圆形转动 台面（17)底面的边沿，中间部分位于磁路（20)中，反馈系统的磁路（20)通过反馈磁路连 接器（6)安装在底板（2)上，且与驱动系统的磁路（20)关于立轴（16)对称安装，所述的磁 路（20)包括永磁体⑶和凹字形的磁轭（7)，永磁体⑶位于磁轭（7)两侧臂的中间，底面 与磁轭（7)的底部固定连接，前端面与磁轭（7)开口顶端平齐，左右两个侧面为以立轴（16) 为轴心的圆弧面，磁轭（7)的两侧臂内侧也设有以立轴（16)为轴心的圆弧面，各圆弧面的 曲率向远离立轴（16)的方向依次减小，磁轭（7)的两侧臂与永磁体（8)左右两个侧面之间 的空隙形成磁缝隙（21)，驱动线圈（19)置于驱动系统中磁路（20)的磁缝隙（21)内，反馈 线圈（9)置于反馈系统中磁路（20)的磁缝隙（21)内，驱动线圈（19)依次通过功率放大器 (28)、加法器（27)与信号源（26)连通，信号源（26)用于提供正弦电压信号，反馈线圈（9) 通过反馈放大器（29)与加法器（27)连通，还分别与积分器（31)和跟随器（30)连接，跟随 器（30)输出角振动速度信号，积分器（31)输出角振动位移信号。
2. 根据权利要求1所述的双动圈伺服式超低频转动振动台，其特征在于：所述的驱动 线圈（19)通过驱动线圈引线簧（24)、驱动线圈接线柱（25)和插座（5)相连，反馈线圈（9) 通过反馈线圈引线簧（4)、反馈线圈接线柱（3)和插座（5)相连。
3. 根据权利要求1所述的双动圈伺服式超低频转动振动台，其特征在于：所述的底板 (2)为圆形，固定安装在与其同心的圆形底座（1)上。
4. 根据权利要求1所述的双动圈伺服式超低频转动振动台，其特征在于：所述的外壳 (11)为圆筒形，转动台、驱动系统和反馈系统布置于外壳（11)内部，外壳（11)外侧壁设有 两个对称布置的把手（22)。
5. 根据权利要求1所述的双动圈伺服式超低频转动振动台，其特征在于：所述的弹簧 片（14)为弧形，弹簧连接器（13)下端侧面与弹簧片（14)通过螺钉（12)相连。
【文档编号】B06B1/04GK104043576SQ201410233963
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】杨学山, 高峰, 匙庆磊, 刘华泰, 车晓军, 董玲, 杨立志, 杨巧玉, 王南 申请人:中国地震局工程力学研究所, 杨学山, 高峰