算與分析，武漢科技大學研宄生畢業(yè)論文，2013)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有創(chuàng)造性勞動的情況下可以根據(jù)公知文獻設(shè)計生產(chǎn)出比例電磁鐵。但是，尚未見利用比例電磁鐵輸出力與銜鐵位移無關(guān)的關(guān)鍵特性用于隔振機構(gòu)。
[0036]在本實用新型中，微位移傳感器技術(shù)已經(jīng)比較成熟，中國專利(申請?zhí)?201110275388.2) “納米位移測量傳感器”公布了一種位移測量范圍:25mm，分辨率.,( 1nm的微位移測量裝置；另一種非接觸微位移傳感器是電容測微方法，李建文等(①李建文等，高精度電容測微儀關(guān)鍵技術(shù)，天津大學學報，2004年9月)介紹了非接觸式高精度電容測微儀的基本工作原理及關(guān)鍵技術(shù)，給出了儀器的主要結(jié)構(gòu)，對儀器電路進行了模塊化設(shè)計，研宄分析了實際測量過程中不可避免的各種誤差，并提出了相應的消除或修正方法。研宄結(jié)果表明，儀器的分辨率可達lnm，測量范圍為±5 μπι。天津大學生產(chǎn)的JDC電容測微儀在傳感器直徑為Φ3.5mm，空氣介質(zhì)條件下的分辨率可達0.01 μπι,其測量范圍為100 μπι ;如英國ZCS1100超精密電容位移傳感器，測量范圍為0.24_，分辨率最高為0.1nm ;李立艷等研宄了一種用于納米測量的激光干涉儀，，并對其進行了振動測量實驗研宄，結(jié)果表明其靜態(tài)位移測量誤差小于0.3nm，集成的干涉儀具有光路尺寸小、測量精度高、穩(wěn)定性好、受環(huán)境影響小及調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點，便于在實際測量中應用(②李立艷等，用于納米測量的集成化單頻激光干涉儀，中國激光、2011年4月)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有創(chuàng)造性勞動的情況下可以根據(jù)公知文獻設(shè)計生產(chǎn)出微位移傳感器。
[0037]在本實用新型中，PID運算控制器(比例-積分-微分控制器)，由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成。PID運算控制器是一個在工業(yè)控制應用中常見的反饋回路部件。這個控制器把收集到的數(shù)據(jù)和一個參考值進行比較，然后把這個差別用于計算新的輸入值，這個新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達到或者保持在參考值。PID運算控制器可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的出現(xiàn)率來調(diào)整輸入值，使系統(tǒng)更加準確而穩(wěn)定。PID運算控制器的比例單元P、積分單元I和微分單元D分別對應目前誤差、過去累計誤差及未來誤差。若是不知道受控系統(tǒng)的特性，一般認為PID運算控制器是最適用的控制器。PID控制有大量公知文獻，如(吳宏鑫等，PID控制的應用與理論依據(jù)，控制工程，2003年01期)，本行業(yè)普通技術(shù)人員在沒有創(chuàng)造性勞動的情況下可以根據(jù)公知文獻設(shè)計生產(chǎn)出PID控制器。
[0038]本實用新型所述的基于比例電磁鐵的隔振機構(gòu)工作過程如下:
[0039]調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)支撐腳釘5，使得比例電磁鐵3呈中心軸線鉛垂直，第一平衡機構(gòu)2與第二平衡機構(gòu)4使得載荷桿I與比例電磁鐵3縱中軸線重合，此時載荷桿I與比例電磁鐵3殼體間的徑向間隙均勻。
[0040]依本實用新型提供的隔振機構(gòu)應用于絕對重力儀中為例，絕對重力儀中隔振機構(gòu)的待隔振對象通常為反射型光學器件，例如角錐棱鏡，可將角錐棱鏡安裝在載荷桿I頂端，角錐棱鏡的重心與載荷桿I的重心在同一豎線上，此時在重力的作用下，銜鐵3-7被第二限位環(huán)3-6接觸并支撐，設(shè)載荷桿I位移方向往下為負方向，向上為正方向，則微位移傳感器6的讀數(shù)為最大負數(shù)，微位移傳感器6輸出負位移信號通過第一導線7傳遞給PID運算控制器8，PID運算控制器8經(jīng)運算后通過第二導線9輸出電壓給勵磁線圈3-8，隨著PID運算控制器8輸出的電壓加大，勵磁線圈3-8獲得的電流增大，勵磁線圈3-8產(chǎn)生的磁場也增大，比例電磁鐵3的出力增大，直至載荷桿I所受的合力為0，此時PID運算控制器8繼續(xù)加大電壓，載荷桿I所受合力大于0，載荷桿I向上運動，微位移傳感器6離開最大負值位置，微位移傳感器6的讀數(shù)也往正方向移動，此時載荷桿I運動位置的信號經(jīng)微位移傳感器6測出，經(jīng)第一導線7傳遞給PID運算控制器8，PID運算控制器8將運算結(jié)果通過第二導線9輸出電流給比例電磁鐵3的勵磁線圈3-8，比例電磁鐵3出力給載荷桿1，載荷桿I的運動位移由微位移傳感器6讀出，如此便形成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，由現(xiàn)有公知PID控制算法及電壓調(diào)節(jié)裝置能將微位移傳感器6的讀數(shù)閉環(huán)調(diào)節(jié)在O附近，此時載荷桿I的位置也穩(wěn)定在零位附近。
[0041]比例電磁鐵3輸出力與銜鐵位移無關(guān)的過程分析:環(huán)繞由鐵-磁材料制成的極靴3-1、殼體3-5、第一導磁環(huán)3-2、隔磁環(huán)3-3、第二導磁環(huán)3_4和銜鐵3-7構(gòu)成了磁回路。磁力線的路徑有一部分被鑲嵌在第一導磁環(huán)3-2和第二導磁環(huán)3-4中間的隔磁環(huán)3-3所切斷，于是，強迫著磁力線繞道經(jīng)過第二導磁環(huán)3-4，越過第二導磁環(huán)3-4和銜鐵3-7間的徑向氣隙至銜鐵3-7，繼而穿過行程間隙3-9至極靴3-1，同時，銜鐵3-7和隔磁環(huán)3_3之間的徑向氣隙的一部分被泄引到極靴3-1而不產(chǎn)生力的作用，銜鐵3-7行程越小，這部分的磁通量就愈大，于是，銜鐵3-7行程減小時，通常增長的磁力在一個范圍內(nèi)保持不變，即與行程無關(guān)(路甬祥.比例電磁鐵的靜特性與動特性.液壓工業(yè).1982年01期)。
[0042]本實用新型提供的基于比例電磁鐵的隔振構(gòu)，其力執(zhí)行機構(gòu)為一比例電磁鐵，由公知文獻可知:比例電磁鐵具有在線性工作區(qū)內(nèi)輸出力與輸入電流成正比，輸出力與銜鐵位移無關(guān)的特性(路甬祥.液壓工業(yè)1982年01期比例電磁鐵的靜特性和動特性)，因此，本實用新型所述的基于比例電磁鐵的隔振機構(gòu)，當載荷桿I所受力達到平衡時，即載荷桿I處于懸浮狀態(tài)，比例電磁鐵3豎直位置的變化不改變載荷桿I受力平衡關(guān)系，即比例電磁鐵3的振動位移與載荷桿I受力平衡無關(guān)，設(shè)比例電磁鐵3的振動位移變化量為dx，由彈性系統(tǒng)特性:df = k*dx，則k = df/dx，其中df為彈性系統(tǒng)受力變化量，k為彈性系統(tǒng)的彈性系數(shù)，dx為彈性系統(tǒng)的形變量，本實用新型所述機構(gòu)的載荷桿I所受合力變化量為df，若df為0，k = df/dx也等于0，即系統(tǒng)的總剛度為O。由隔振理論可知，低剛度系統(tǒng)的固有頻率fo非常低，能夠?qū)崿F(xiàn)低頻的隔振。
[0043]如采用普通彈簧隔振，若要實現(xiàn)固有頻率f0為0.1Hz的隔振系統(tǒng)，不難得到其形變量dx = g/fQ2/(2* 31)2約為24.8m，其中g(shù)為重力加速度，由此可見是實現(xiàn)起來是非常困難的。
[0044]美國Micro-g LaCoste公司生產(chǎn)的FG5絕對重力儀是目前精度最好的商品化生生的絕對重力之一，測量質(zhì)量塊有效下落距離約0.25m，自由落體時間約為0.23s。單次下落測量的離散度在±50X10_8ms_2以內(nèi)(邢樂林等，F(xiàn)G5絕對重力儀觀測比對，測繪信息與工程，2008 ；33(l))o絕對重力儀的噪聲來源主要是振動噪聲，設(shè)±50X10_8ms_2中的80%噪聲來源于振動，則噪聲的平均加速度數(shù)值要小于40 X 10_8ms_2，設(shè)隔振機構(gòu)從O位開始運動，以此時間段的振動幅度=± 1/2*40X 1CT8H<0.232m = ± 1.01*lCT8m，即約10nm，由上述可知道，要滿足絕對重力儀單次下落測量時振動引起的加速度數(shù)值小于40X10_8ms_2，誤差檢出器微位移傳感器6是的分辨率不得低于10ns，否則隔振系統(tǒng)的振動位置不能被檢出，也就不能被閉環(huán)調(diào)節(jié)所控制，目前公知技術(shù)生產(chǎn)的位移傳感器分辨率已能達到1ns，能夠滿足本隔振機構(gòu)在高精度絕對重力中的應用；另外，載荷桿I所受的電磁力是由電磁力產(chǎn)生的，比例電磁鐵的出力正比于勵磁線圈的電流，勵磁線圈的阻抗在勵磁