淺談超低頻隔振 什么是低頻隔振
淺談超低頻隔振 什么是低頻隔振
對于許多精密儀器和科學研究實驗，特別是一些涉及高精度位置檢測和微力檢測的儀器，地球脈動噪聲和環(huán)境噪聲一直是影響其性能和結果的主要因素，因此隔振系統(tǒng)起著重要作用。
例如，精密扭轉秤系統(tǒng)通常用于驗證等效性原理或測量萬有引力常數(shù)，地面振動噪聲會對測量結果產(chǎn)生很大影響；在評估加速度計的基本噪聲時，還需要隔離地面的振動噪聲；引力波探測器的臂長約為4km邁克耳孫干涉儀組成，對環(huán)境噪聲敏感，需要性能好的隔振系統(tǒng)提供理想的慣性參考點；在絕對重力測量中，經(jīng)典的自由落體重力儀和原子干涉重力儀都需要隔振系統(tǒng)。
地面振動噪聲的來源和強度與時間、基礎和周圍環(huán)境密切相關，頻率為0.5Hz上述噪聲來源主要是周圍環(huán)境的噪聲，如建筑物、樹木的晃動和人類活動。頻率在0.05~0.5Hz噪聲一般稱為地球脈動噪聲，主要來源是海浪撞擊海岸時在地殼中產(chǎn)生的表面波和體波，0.06~0.09Hz噪聲是沖擊產(chǎn)生的基頻，0.12~0.16Hz二次諧波的噪聲幅值往往大于基頻幅值。因此，為了有效隔離地球脈動噪聲和周圍環(huán)境振動噪聲，隔振系統(tǒng)的本征頻率必須至少為0.05Hz，一般浮動光學平臺或傳統(tǒng)隔振平臺難以滿足需求。
目前超低頻隔振的方法
實現(xiàn)超低頻隔振的方法主要有兩種。一是利用低頻加速度計等傳感器反饋控制超低本征頻率，稱為主動隔振；二是超低本征頻率不采用反饋控制，稱為被動隔振。兩者都可以等效為彈簧振子系統(tǒng)。由于超低頻水平隔振的彈簧不需要平衡振子的重力，因此水平隔振系統(tǒng)比垂直隔振系統(tǒng)更容易實現(xiàn)。
低頻隔振一直是許多科研機構的熱點。西澳大利亞大學開發(fā)的七級氣體彈簧隔振系統(tǒng)、多級隔振堆、四級懸臂彈簧隔振系統(tǒng)為10Hz以上，都具有較好的隔振性能。
Fabreeka多級隔振系統(tǒng)
研究超低頻水平隔振系統(tǒng)也取得了很大進展。折疊擺，X擺、錐擺等水平方向的隔振系統(tǒng)相繼提出，人們可以達到十秒到幾十秒的共振周期。例如，折疊擺的共振周期值已達到66s。沖擊中心連接方式的折疊放置在7Hz外部振動可提供90dB的衰減。
然而，對超低頻被動垂直隔振系統(tǒng)的研究并沒有取得突破，因為材料的彈性力必須用來抵消垂直隔振中的重力。為了降低系統(tǒng)的共振頻率，負載彈簧原則上需要大量的垂直伸長。此時，彈簧的滯彈性效應將顯著顯現(xiàn)，不僅限制了材料的選擇范圍，而且對彈簧的加工提出了更高的要求。
德國超低頻垂直隔振最具代表性fabreeka公司生產(chǎn)的隔振系統(tǒng)。該系統(tǒng)應用于FG-5絕對重力儀，固有周期可達40~60s。其基本原理是垂直懸掛彈簧振子，閉環(huán)控制彈簧上的懸掛點跟蹤振子在垂直方向上的運動，構建一個近似無限長的彈簧。理論上，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)無限長的固有周期。但為了消除不同自由度之間的交叉耦合，德國fabreeka隔振框架需要嚴格的運動限制，因此系統(tǒng)的機械結構非常復雜。
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