雙動圈伺服式超低頻轉動振動臺的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種雙動圈伺服式超低頻轉動振動臺，包括底板、外殼，底板上設有轉動臺、驅動系統和反饋系統，轉動臺包括立軸，立軸位于精密軸承下方的軸段與彈簧片一端固定連接，彈簧片另一端通過彈簧連接器與圓形轉動臺面相連，驅動系統包括信號源、驅動線圈、磁路，反饋系統包括反饋放大器、反饋線圈、磁路，反饋線圈與驅動線圈關于立軸對稱安裝，反饋系統的磁路與驅動系統的磁路關于立軸對稱安裝，磁路包括永磁體和凹字形的磁軛，磁軛的兩側臂與永磁體左右兩個側面之間的空隙形成磁縫隙。本發明結構簡單、設計合理，校準精度高，校準費用低，低頻下限小，可實現對各類轉動信號測量儀器校準。
【專利說明】雙動圈伺服式超低頻轉動振動臺
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種轉動振動臺，特別是涉及一種雙動圈伺服式超低頻轉動振動臺。
【背景技術】
[0002] 目前，國內外已有采用力矩電機驅動的角振動振動臺，測量原理一般采用激光干 涉法一次校準，其頻率范圍為5-500HZ，但是振動臺價格昂貴、最低測量頻率偏高。另外角振 動臺的承載力一般小于l〇kg，而測量地震低頻或超低頻分量的轉動信號測量儀器的質量遠 大于l〇kg，同時目前角振動臺用于地震轉動測量儀器校準還存在校準精度差、承載力低、校 準費用高等問題，因此急需一種廉價、超低頻的轉動振動臺校準地震轉動測量儀器靈敏度、 頻率響應等參數。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于克服上述技術中存在的不足之處，提供一種結構簡單、設計合 理，校準精度高，承載力大，校準費用低，超低頻，可實現對各類轉動信號測量儀器校準的雙 動圈伺服式超低頻轉動振動臺。
[0004] 為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：包括底板、外殼，所述的底板上設 有轉動臺、驅動系統和反饋系統，所述的轉動臺包括立軸，立軸下端安裝在底板上，立軸上 端通過精密軸承與圓形轉動臺面連接，立軸位于精密軸承下方的軸段與彈簧片一端固定連 接，彈簧片另一端通過彈簧連接器與圓形轉動臺面相連，所述的驅動系統包括信號源、驅動 線圈、磁路，驅動線圈上端通過驅動線圈連接器安裝在圓形轉動臺面底面的邊沿，中間部分 位于磁路中，驅動系統的磁路通過驅動磁路連接器安裝在底板上，反饋系統包括反饋放大 器、反饋線圈、磁路，反饋線圈與驅動線圈關于立軸對稱安裝，上端通過反饋線圈連接器安 裝在圓形轉動臺面底面的邊沿，中間部分位于磁路中，反饋系統的磁路通過反饋磁路連接 器安裝在底板上，且與驅動系統的磁路關于立軸對稱安裝，所述的磁路包括永磁體和凹字 形的磁軛，永磁體位于磁軛兩側臂的中間，底面與磁軛的底部固定連接，前端面與磁軛開口 頂端平齊，左右兩個側面為以立軸為軸心的圓弧面，磁軛的兩側臂內側也設有以立軸為軸 心的圓弧面，各圓弧面的曲率向遠離立軸的方向依次減小，磁軛的兩側臂與永磁體左右兩 個側面之間的空隙形成磁縫隙，驅動線圈置于驅動系統中磁路的磁縫隙內，反饋線圈置于 反饋系統中磁路的磁縫隙內，驅動線圈依次通過功率放大器、加法器與信號源連通，信號源 用于提供正弦電壓信號，反饋線圈通過反饋放大器與加法器連通，還分別與積分器和跟隨 器連接，跟隨器輸出角振動速度信號，積分器輸出角振動位移信號。
[0005] 本發明的優點是：
[0006] 1.結構簡單、設計合理，制造難度低；
[0007] 2.立軸通過精密軸承與圓形轉動臺面連接，定位準確；
[0008] 3.激振器工作低頻性能好，可低至0. 01Hz，校準精度高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發明結構示意圖；
[0010] 圖2是本發明的外殼圖；
[0011] 圖3是本發明的全剖剖面圖；
[0012] 圖4是本發明的磁路結構圖；
[0013] 圖5是本發明的電器原理方框圖；
[0014] 圖6是本發明的力學模型圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合附圖對本發明的實施例作進一步詳細描述。
[0016] 由圖1-圖6可知，本發明包括底板2、外殼11，所述的底板2上設有轉動臺、驅動 系統和反饋系統，所述的轉動臺包括立軸16,立軸16下端安裝在底板2上，立軸16上端通 過精密軸承15與圓形轉動臺面17連接，立軸16位于精密軸承15下方的軸段與彈簧片14 一端固定連接，彈簧片14另一端通過彈簧連接器13與圓形轉動臺面17相連，所述的驅動 系統包括信號源26、驅動線圈19、磁路20,驅動線圈19上端通過驅動線圈連接器18安裝在 圓形轉動臺面17底面的邊沿，中間部分位于磁路20中，驅動系統的磁路20通過驅動磁路 連接器23安裝在底板2上，反饋系統包括反饋放大器29、反饋線圈9、磁路20,反饋線圈9 與驅動線圈19關于立軸16對稱安裝，上端通過反饋線圈連接器10安裝在圓形轉動臺面17 底面的邊沿，中間部分位于磁路20中，反饋系統的磁路20通過反饋磁路連接器6安裝在底 板2上，且與驅動系統的磁路20關于立軸16對稱安裝，所述的磁路20包括永磁體8和凹 字形的磁軛7,永磁體8位于磁軛7兩側臂的中間，底面與磁軛7的底部固定連接，前端面與 磁軛7開口頂端平齊，左右兩個側面為以立軸16為軸心的圓弧面，磁軛7的兩側臂內側也 設有以立軸16為軸心的圓弧面，各圓弧面的曲率向遠離立軸16的方向依次減小，磁軛7的 兩側臂與永磁體8左右兩個側面之間的空隙形成磁縫隙21，驅動線圈19置于驅動系統中磁 路20的磁縫隙21內，反饋線圈9置于反饋系統中磁路20的磁縫隙21內，驅動線圈19依 次通過功率放大器28、加法器27與信號源26連通，信號源26用于提供正弦電壓信號，反饋 線圈9通過反饋放大器29與加法器27連通，還分別與積分器31和跟隨器30連接，跟隨器 30輸出角振動速度信號，積分器31輸出角振動位移信號。
[0017] 所述的驅動線圈19通過驅動線圈引線簧24、驅動線圈接線柱25和插座5相連，反 饋線圈9通過反饋線圈引線簧4、反饋線圈接線柱3和插座5相連。
[0018] 所述的底板2為圓形，固定安裝在與其同心的圓形底座1上。
[0019] 所述的外殼11為圓筒形，轉動臺、驅動系統和反饋系統布置于外殼11內部，夕卜殼 11外側壁設有兩個對稱布置的把手22。
[0020] 所述的彈簧片14為弧形，彈簧連接器13下端側面與彈簧片14通過螺釘12相連。
[0021] 本發明的一種雙動圈伺服式超低頻的轉動振動臺，包括坐落在底座1上的底板2 和圓形外殼11組成的空間內裝有轉動臺、對稱安裝的驅動系統和反饋系統、彈簧系統。轉 動臺包括底板2、立軸16、中心鑲嵌精密軸承15的圓形轉動臺面17、彈簧系統以及和臺面相 連的驅動線圈19和反饋線圈9。立軸16的下端和轉動臺底板2相連、底板2安裝在同心 圓的底座1上，立軸16的上部裝有鑲嵌精密軸承15的圓形轉動臺面17,軸承15的外圈鑲 嵌于圓形轉動臺面17的中心，軸承15的內圈鑲嵌于立軸16的上端，圓形轉動臺面17繞立 軸16的上端部轉動。圓形轉動臺面17底面的邊沿對稱裝有驅動線圈連接器18和反饋線 圈連接器10,驅動線圈連接器18和反饋線圈連接器10布置在圓形轉動臺面17邊沿的目的 就是保證作用力相同時，力矩大，靈敏性好。彈簧系統包括彈簧連接器13、彈簧片14、用于 彈簧片14固定的螺釘12,彈簧連接器13的上端面和圓形轉動臺面17的底面相連，彈簧連 接器13下端的側面和彈簧片14的一端通過螺釘12相連，彈簧片14的另一端和立軸16相 連，同樣采用螺釘12固定連接，彈簧片14的寬度方向為垂直方向，即與立軸16軸向相同， 如此彈簧系統可為轉動臺提供一定的扭轉剛度。
[0022] 本發明驅動系統包括信號源26、功率放大器28、驅動線圈19、驅動線圈連接器18、 磁路20、驅動磁路連接器23。驅動線圈連接器18的上端面和圓形轉動臺面17底面的邊沿 相連，驅動線圈連接器18下端面和驅動線圈19的上端面相連。驅動線圈19中間部分位于 磁路20中。反饋系統包括反饋線圈9、反饋線圈連接器10、磁路20、反饋磁路連接器6、反 饋放大器27。反饋線圈連接器10的上端面和圓形轉動臺面17底面的邊沿相連，反饋線圈 連接器10的下端面和反饋線圈9的上端面相連，反饋線圈9中間部分位于磁路20中。反 饋線圈9與驅動線圈19關于立軸16對稱安裝。
[0023] 磁路20如圖4所示，包括永磁體8和凹字形的磁軛7,永磁體8位于磁軛7兩側 臂的中間，底面與磁軛7的底部固定連接，前端面與磁軛7開口頂端平齊，左右兩個側面為 以立軸16為軸心的圓弧面，磁軛7的兩側臂內側也設有以立軸16為軸心的圓弧面，各圓弧 面均以立軸16為軸心，即各圓弧面的水平截面是以立軸16為圓心的同心圓環，同時各圓弧 面的曲率向遠離立軸16的方向依次減小，各圓弧面的曲率的不同使得磁軛7的兩側臂與永 磁體8左右兩個側面之間存在空隙，這種空隙就形成了磁路20的磁縫隙21，磁縫隙21的水 平截面為曲線弧形，垂直截面為矩形。驅動線圈19中間部分位于磁路20中，即驅動線圈19 置于驅動系統中磁路20的磁縫隙21內，以便能夠承受電磁力而產生運動；反饋線圈9中間 部分位于磁路20中，即反饋線圈9中間部分置于反饋系統中磁路20的磁縫隙21內，以便 能夠切割磁力線產生電信號。
[0024] 驅動系統的磁路20通過驅動磁路連接器23安裝在底板2上，反饋系統的磁路20 通過反饋磁路連接器6安裝在底板2上，且與驅動系統的磁路20關于立軸16對稱安裝。由 于反饋線圈9與驅動線圈19也關于立軸16對稱安裝，因此驅動系統的機械機構和反饋系 統的機械機構也是關于立軸16對稱的，如此布置便于動靜平衡調校，滿足動靜平衡，提高 系統精度。
[0025] 驅動線圈19依次通過功率放大器28、加法器27與信號源26連通，信號源26用于 提供正弦電壓信號，反饋線圈9通過反饋放大器29與加法器27連通，還分別與積分器31 和跟隨器30連接，跟隨器30輸出角振動速度信號，積分器31輸出角振動位移信號。為了 便于電器系統的連接，反饋線圈9的兩個端子通過反饋線圈引線簧4、反饋線圈接線柱3和 插座5相連，驅動線圈19的兩個端子通過驅動線圈引線簧24、驅動線圈接線柱25和插座5 相連。插座5振動臺的信號源和后處理系統連接。
[0026] 本發明的振動臺，信號源26輸出正弦電壓信號Ui，經加法器27、功率放大器28后 輸入給驅動線圈19,驅動線圈19在磁縫隙21中運動，帶動圓形轉動臺面17做角振動。與 驅動線圈19同步運動的反饋線圈9在反饋磁路的磁縫隙中運動產生感應電動勢e s，感應電 動勢es經過反饋放大器29、加法器27、功率放大器28后輸入給驅動線圈19,產生阻尼力， 通過調整反饋放大器29的放大倍數K，可大大提高轉動振動臺系統的阻尼比，從而拓展轉 動振動臺的低頻特性。同時反饋線圈感應電動勢e s也輸入給跟隨器30和積分器31，分別 輸出與角振動速度6和角振動位移Θ成正比的電壓^和V0，如圖5所不。
[0027] 轉動振動臺的力學模型如圖6所示，轉動振動臺的微分方程為：
[0028]
【權利要求】
1. 一種雙動圈伺服式超低頻轉動振動臺，包括底板（2)、外殼（11)，其特征在于：所述 的底板（2)上設有轉動臺、驅動系統和反饋系統，所述的轉動臺包括立軸（16)，立軸（16)下 端安裝在底板（2)上，立軸（16)上端通過精密軸承（15)與圓形轉動臺面（17)連接，立軸 (16)位于精密軸承（15)下方的軸段與彈簧片（14) 一端固定連接，彈簧片（14)另一端通過 彈簧連接器（13)與圓形轉動臺面（17)相連，所述的驅動系統包括信號源（26)、驅動線圈 (19)、磁路（20)，驅動線圈（19)上端通過驅動線圈連接器（18)安裝在圓形轉動臺面（17) 底面的邊沿，中間部分位于磁路（20)中，驅動系統的磁路（20)通過驅動磁路連接器（23) 安裝在底板（2)上，反饋系統包括反饋放大器（29)、反饋線圈（9)、磁路（20)，反饋線圈（9) 與驅動線圈（19)關于立軸（16)對稱安裝，上端通過反饋線圈連接器（10)安裝在圓形轉動 臺面（17)底面的邊沿，中間部分位于磁路（20)中，反饋系統的磁路（20)通過反饋磁路連 接器（6)安裝在底板（2)上，且與驅動系統的磁路（20)關于立軸（16)對稱安裝，所述的磁 路（20)包括永磁體⑶和凹字形的磁軛（7)，永磁體⑶位于磁軛（7)兩側臂的中間，底面 與磁軛（7)的底部固定連接，前端面與磁軛（7)開口頂端平齊，左右兩個側面為以立軸（16) 為軸心的圓弧面，磁軛（7)的兩側臂內側也設有以立軸（16)為軸心的圓弧面，各圓弧面的 曲率向遠離立軸（16)的方向依次減小，磁軛（7)的兩側臂與永磁體（8)左右兩個側面之間 的空隙形成磁縫隙（21)，驅動線圈（19)置于驅動系統中磁路（20)的磁縫隙（21)內，反饋 線圈（9)置于反饋系統中磁路（20)的磁縫隙（21)內，驅動線圈（19)依次通過功率放大器 (28)、加法器（27)與信號源（26)連通，信號源（26)用于提供正弦電壓信號，反饋線圈（9) 通過反饋放大器（29)與加法器（27)連通，還分別與積分器（31)和跟隨器（30)連接，跟隨 器（30)輸出角振動速度信號，積分器（31)輸出角振動位移信號。
2. 根據權利要求1所述的雙動圈伺服式超低頻轉動振動臺，其特征在于：所述的驅動 線圈（19)通過驅動線圈引線簧（24)、驅動線圈接線柱（25)和插座（5)相連，反饋線圈（9) 通過反饋線圈引線簧（4)、反饋線圈接線柱（3)和插座（5)相連。
3. 根據權利要求1所述的雙動圈伺服式超低頻轉動振動臺，其特征在于：所述的底板 (2)為圓形，固定安裝在與其同心的圓形底座（1)上。
4. 根據權利要求1所述的雙動圈伺服式超低頻轉動振動臺，其特征在于：所述的外殼 (11)為圓筒形，轉動臺、驅動系統和反饋系統布置于外殼（11)內部，外殼（11)外側壁設有 兩個對稱布置的把手（22)。
5. 根據權利要求1所述的雙動圈伺服式超低頻轉動振動臺，其特征在于：所述的彈簧 片（14)為弧形，彈簧連接器（13)下端側面與彈簧片（14)通過螺釘（12)相連。
【文檔編號】B06B1/04GK104043576SQ201410233963
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月29日 優先權日:2014年5月29日
【發明者】楊學山, 高峰, 匙慶磊, 劉華泰, 車曉軍, 董玲, 楊立志, 楊巧玉, 王南 申請人:中國地震局工程力學研究所, 楊學山, 高峰