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(duì)于許多精密儀器和科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)，特別是一些涉及高精度位置檢測(cè)和微力檢測(cè)的儀器，地球脈動(dòng)噪聲和環(huán)境噪聲一直是影響其性能和結(jié)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(zhuǎn)秤系統(tǒng)通常用于驗(yàn)證等效性原理或測(cè)量萬(wàn)有引力常數(shù)，地面振動(dòng)噪聲會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生很大影響；在評(píng)估加速度計(jì)的基本噪聲時(shí)，還需要隔離地面的振動(dòng)噪聲；引力波探測(cè)器的臂長(zhǎng)約為4km邁克耳孫干涉儀組成，對(duì)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(diǎn)；在絕對(duì)重力測(cè)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(dòng)噪聲的來(lái)源和強(qiáng)度與時(shí)間、基礎(chǔ)和周圍環(huán)境密切相關(guān)，頻率為0.5Hz上述噪聲來(lái)源主要是周圍環(huán)境的噪聲，如建筑物、樹(shù)木的晃動(dòng)和人類活動(dòng)。頻率在0.05~0.5Hz噪聲一般稱為地球脈動(dòng)噪聲，主要來(lái)源是海浪撞擊海岸時(shí)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(dòng)噪聲和周圍環(huán)境振動(dòng)噪聲，隔振系統(tǒng)的本征頻率必須至少為0.05Hz，一般浮動(dòng)光學(xué)平臺(tái)或傳統(tǒng)隔振平臺(tái)難以滿足需求。
目前超低頻隔振的方法
實(shí)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(jì)等傳感器反饋控制超低本征頻率，稱為主動(dòng)隔振；二是超低本征頻率不采用反饋控制，稱為被動(dòng)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(shí)現(xiàn)。
低頻隔振一直是許多科研機(jī)構(gòu)的熱點(diǎn)。西澳大利亞大學(xué)開(kāi)發(fā)的七級(jí)氣體彈簧隔振系統(tǒng)、多級(jí)隔振堆、四級(jí)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(jí)隔振系統(tǒng)
研究超低頻水平隔振系統(tǒng)也取得了很大進(jìn)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(dá)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(dá)到66s。沖擊中心連接方式的折疊放置在7Hz外部振動(dòng)可提供90dB的衰減。
然而，對(duì)超低頻被動(dòng)垂直隔振系統(tǒng)的研究并沒(méi)有取得突破，因?yàn)椴牧系膹椥粤Ρ仨氂脕?lái)抵消垂直隔振中的重力。為了降低系統(tǒng)的共振頻率，負(fù)載彈簧原則上需要大量的垂直伸長(zhǎng)。此時(shí)，彈簧的滯彈性效應(yīng)將顯著顯現(xiàn)，不僅限制了材料的選擇范圍，而且對(duì)彈簧的加工提出了更高的要求。
德國(guó)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(yīng)用于FG-5絕對(duì)重力儀，固有周期可達(dá)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(diǎn)跟蹤振子在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)，構(gòu)建一個(gè)近似無(wú)限長(zhǎng)的彈簧。理論上，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)限長(zhǎng)的固有周期。但為了消除不同自由度之間的交叉耦合，德國(guó)fabreeka隔振框架需要嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)限制，因此系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。
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