一种减少电路板加速度响应的主动隔振系统及电气设备箱

1.本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种减少电路板加速度响应的主动隔振系统及电气设备箱。


背景技术：

2.当空间载荷随火箭发射时，载荷会经历较大的随机振动载荷，有的火箭发射时对电箱等载荷的振动量级要求能达到40g，甚至更高。电箱中的电路板在随机振动时还会因为自身共振而进一步放大，导致其板上的加速度响应达到几百个g，这会给安装在电路板上的元器件带来极大的损害。所以针对越来越严格的随机振动条件要求，需要对电路板的振动响应进行控制，减少电路板的加速度响应。
3.目前，采取的主要方法是增加电路板的结构刚度以及采用被动隔振策略，避免其因外界振动造成破坏，但这些方法会造成电路板的重量过大，占用空间过大，增加发射成本。因此，开展抑制电路板变形的主动隔振系统的研究，在减少电路板元器件加速度响应的同时使其尽可能的轻量化，有着非常重要的工程意义。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例中提供一种减少电路板加速度响应的主动隔振系统及电气设备箱。
5.第一方面，本发明提供一种减少电路板加速度响应的主动隔振系统，包括：
6.电路板，用于承载电子元件；
7.支撑底板，用于安装所述电路板，并将所述电路板固定在工作面上；
8.隔振组件，用于产生抵消所述电路板变形的阻尼力，所述隔振组件的一端固定在所述支撑底板上，所述隔振组件的另一端抵靠在所述电路板的目标位置，所述目标位置为预先通过有限元分析软件分析出所述电路板的各阶模态振型，根据需要抑制的振型的最大响应处确定得到的；
9.加速度传感器，安装在所述电路板上，用于检测所述目标位置处的加速度；
10.在工作状态下，所述加速度传感器检测所述目标位置的加速度，所述隔振组件根据所述加速度产生与所述目标位置加速度相反的阻尼力，利用所述阻尼力抑制所述电路板的共振响应。
11.作为一种可选的方案，所述隔振组件采用音圈电机，所述音圈电机的定子固定在所述支撑底板上，所述音圈电机的动子安装在所述电路板上，通过所述动子对所述电路板施加阻尼力。
12.作为一种可选的方案，所述隔振组件的数量为5个。
13.作为一种可选的方案，5个所述隔振组件均布在所述支撑底板上。
14.作为一种可选的方案，其中4个隔振组件围成正方形，所述4个隔振组件用于针对二阶模态、三阶模态的加速度响应进行控制，所述二阶模态、三阶模态涉及所述电路板的弯
曲变形，余下1个隔振组件位于正方形的几何中心位置，所述余下1个隔振组件用于一阶模态的加速度响应进行控制，所述一阶模态涉及垂直于所述电路板轴向的拉伸变形。
15.作为一种可选的方案，所述电路板通过螺钉固定在所述支撑底板上。
16.第二方面，本发明提供一种电气设备箱，所述电气设备箱具有如上述的减少电路板加速度响应的主动隔振系统。
17.本发明属于航天技术领域，具体提供了一种减少电路板加速度响应的主动隔振系统及电气设备箱，包括用于承载电子元件的电路板、用于安装电路板的支撑底板，并将电路板固定在工作面上，用于产生抵消电路板变形阻尼力的隔振组件，隔振组件的一端固定在所述支撑底板上，另一端抵靠在电路板的目标位置；加速度传感器，安装在电路板上，用于检测目标位置处的加速度，在工作状态下，加速度传感器检测目标位置的加速度，隔振组件根据加速度产生与目标位置加速度相反的阻尼力，利用阻尼力抑制所述电路板的共振响应，本发明提供的主动隔振系统能衰减电路板1阶～3阶共振峰处的响应，进而降低电路板的响应，从而对电路板上电子元器件进行了振动保护。
附图说明
18.图1为本发明实施例中提供一种减少电路板加速度响应的主动隔振系统的结构示意图；
19.图2为本发明实施例中提供一种减少电路板加速度响应的主动隔振系统中隔振组件的结构示意图；
20.图3为本发明实施例中提供一种减少电路板加速度响应的主动隔振系统中模态振型示意图。
21.附图标记：电路板1、支撑底板2、隔振组件3、加速度传感器4。
具体实施方式
22.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
23.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
24.结合图1所示，本发明实施例中提供一种减少电路板加速度响应的主动隔振系统，包括：
25.电路板1，用于承载电子元件，电路板1即为需要进行减震保护的器件；
26.支撑底板2，用于安装所述电路板1，并将所述电路板1固定在工作面上，工作面即为可以是机器表面或者地面，对于支撑底板2与工作面的安装方式可以采用螺栓紧固连接，对此不做限定；
27.隔振组件3，用于产生抵消所述电路板1变形的阻尼力，所述隔振组件3的一端固定在所述支撑底板2上，所述隔振组件3的另一端抵靠在所述电路板1的目标位置，目标位置为预先通过有限元分析软件分析出所述电路板的各阶模态振型，根据需要抑制的振型的最大响应处确定得到的，目标位置根据电路板的仿真结果中各阶模态振型确定，目标位置的个数不做限定。所述隔振组件3的一端保持不动，所述隔振组件3的另一端为自由端，可以进行伸缩动作，具体的伸缩动作根据电路板1产生的形变决定，隔振组件3设置的目标位置可以是电路板1或者支撑底板2的中心区域，也可以是采用均布的方式，方便受力均匀。对于隔振组件3对的工作状态，具体地，当电路板1向下发生形变时，则隔振组件3的另一端向上进行伸出向电路板1产生向上的阻尼力，反之，当电路板1向上发生形变时，则隔振组件3的另一端向下进行拖拽，使得电路板1具有向下的阻尼力，通过隔振组件3降低电路板1的振动，保护电路板1上的电气元件，隔振组件3可以选用音圈电机，可以减小系统的体积，实现装置微型化；
28.加速度传感器4，安装在所述电路板1上，用于检测所述目标位置处的加速度，加速度传感器4的个数可以与隔振组件3的个数对应，即每个隔振组件3的安装位置都对应安装一个加速度传感器4，方便及时检测出该目标位置处的加速度数据；
29.在工作状态下，所述加速度传感器4检测所述目标位置的加速度，所述隔振组件3根据所述加速度产生与所述目标位置加速度相反的阻尼力，隔振组件3设置多个时，可以对加速度传感器4采集的加速度进行积分获得各目标位置处的速度，利用所述阻尼力抑制所述电路板1的共振响应。
30.本发明实施例中提供的减少电路板1加速度响应的主动隔振系统，包括用于承载电子元件的电路板1、用于安装所述电路板1的支撑底板2，并将所述电路板1固定在工作面上，用于产生抵消所述电路板1变形的阻尼力的隔振组件3，所述隔振组件3的一端固定在所述支撑底板2上，所述隔振组件3的另一端抵靠在所述电路板1的目标位置；加速度传感器4，安装在所述电路板1上，用于检测所述目标位置处的加速度，在工作状态下，所述加速度传感器4检测所述目标位置的加速度，所述隔振组件3根据所述加速度产生与所述目标位置加速度相反的阻尼力，利用所述阻尼力抑制所述电路板1的共振响应，本发明提供的主动隔振系统能衰减电路板11阶～3阶共振峰处的响应，进而降低电路板1的响应，从而对电路板1上电子元器件进行了振动保护。
31.本实施例中，所述隔振组件3采用音圈电机，所述音圈电机的定子固定在所述支撑底板2上，所述音圈电机的动子安装在所述电路板1上，通过所述动子对所述电路板1施加阻尼力，动子对电路板1施加阻尼力的大小根据该目标位置的加速度所决定，具体的对应关系可以根据经验值确定，此处不做赘述。
32.结合图2所示，在一些优选的实施例中，所述隔振组件3的数量为5个，5个所述隔振组件3可以均布在所述支撑底板2上，使得电路板1受力均匀。
33.本实施例中，5个所述隔振组件3分成两组，分别用来对抗垂直方向的拉伸变形以及弯曲变形，对于对抗电路板1的弯曲变形的一组，采用4个隔振组件3，具体地，4个隔振组
件3围成正方形，所述4个隔振组件3用于针对二阶模态、三阶模态的加速度响应进行控制，所述二阶模态、三阶模态涉及所述电路板1的弯曲变形，对于另一组对抗垂直方向拉伸变形的一组配置1个隔振组件3，具体地，余下1个隔振组件3位于正方形的几何中心位置，所述余下1个隔振组件3用于一阶模态的加速度响应进行控制，所述一阶模态涉及垂直于所述电路板1轴向的拉伸变形。
34.更优选地，用来对抗电路板1垂直方向拉伸变形的隔振组件3位于支撑底板2的几何中心位置，同样也对应电路板1的几何中心处，方便电路板1受力均匀。
35.结合图3所示，分别示出了一阶模态振型图、二阶模态振型图以及三阶模态振型图，为了方便理解，这里对一阶二阶三阶进行展开介绍，一阶模态振型对应一阶固有频率，一阶就是指结构的一阶模态，或者可以理解为最低的固有振动频率和振型。而二阶、三阶分别指二阶、三阶的模态，他们对应于频率方程i＝2、3的情况。具体地，一阶模态是外力的激励频率与物体固有频率(第一阶)相等的时候出现的，此时物体的振动形态叫做一阶振型或主振型。一阶模态是外力的激励频率与物体固有频率相等的时候出现的，此时物体的振动形态叫做一阶振型或主振型。二阶模态是外力的激励频率是物体固有频率(第二阶)两倍的时候出现的，此时物体的振动形态叫做二阶振型。每个物体都具有自己的固有频率，在外力的激励作用下，物体会表现出不同的振动特性。
36.在一些实施例中，所述电路板1通过螺钉固定在所述支撑底板2上，除了螺钉还可以采用卡扣或者粘接的方式将电路板1固定在支撑底板2上，本领域普通技术人员可以灵活选择，对此不做限定。
37.相应地，本发明实施例中还提供一种电气设备箱，所述电气设备箱具有如上述的减少电路板1加速度响应的主动隔振系统。
38.本发明实施例中提供的电气设备箱，包括减少电路板1加速度响应的主动隔振系统，主动隔振系统包括用于承载电子元件的电路板1、用于安装所述电路板1的支撑底板2，并将所述电路板1固定在工作面上，用于产生抵消所述电路板1变形的阻尼力的隔振组件3，所述隔振组件3的一端固定在所述支撑底板2上，所述隔振组件3的另一端抵靠在所述电路板1的目标位置；加速度传感器4，安装在所述电路板1上，用于检测所述目标位置处的加速度，在工作状态下，所述加速度传感器4检测所述目标位置的加速度，所述隔振组件3根据所述加速度产生与所述目标位置加速度相反的阻尼力，利用所述阻尼力抑制所述电路板1的共振响应，本发明提供的主动隔振系统能衰减电路板11阶～3阶共振峰处的响应，进而降低电路板1的响应，从而对电路板1上电子元器件进行了振动保护。
39.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
40.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。