本發(fā)明屬于振動控制領域，尤其涉及一種適用于大振幅和寬頻帶的主被動一體化減隔振裝置。

背景技術：

從民用工業(yè)到國防領域，很多儀器設備(比如光刻機、機床、儀器儀表、航天系統(tǒng)、武器系統(tǒng)、天文望遠鏡、建筑橋梁、文物等等)對振動環(huán)境的要求越來越苛刻，必須對這些儀器設備進行振動隔離或減振處理。在眾多應用領域中，學術界和工業(yè)界對精密儀器設備的微振動控制或抑制需求越來越強烈。

減振隔振的應用領域非常寬廣，不同應用領域的隔振技術特點和方法差異較大。概括起來，目前公知的隔振方法主要有三種類型：通過在原結構中增加阻尼材料和彈簧原件的被動隔振；通過控制的方法改變系統(tǒng)阻尼和剛度參數進而實現振動抑制的半主動隔振；通過能量注入和一定的振動控制策略實現振動抑制的主動振動控制。針對精密儀器設備(例如精密光學系統(tǒng)、航天器攝像頭等)的振動抑制，其特點是振動幅值相對較小，頻率范圍寬，低至0.01Hz，而且振動控制精度要求較高，常規(guī)的被動隔振技術限于低頻效果差、體積和重量大等不足，很難直接應用于精密儀器設備的減隔振。

目前，常見的主動振動控制中的執(zhí)行機構一般為壓電驅動器、磁致伸縮驅動器、氣動/液壓驅動器或電磁驅動器等。其中壓電驅動器利用逆壓電效應原理，在壓電晶體上施加交變電場，壓電晶體就會在某一方向上產生交變的機械應變，實現振動輸出，由于其優(yōu)良的性能，例如：激振原理簡單、輸出力大、分辨力能達到納米量級，成為精密振動控制的很好選擇。但是壓電驅動器的輸出位移很小，一般只有幾十微米，不能直接用于振動幅值較大的場合。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題，針對精密儀器設備的減振致穩(wěn)，而提供一種適用于大振幅和寬頻帶的主被動一體化減隔振裝置。

本發(fā)明通過以下技術方案來實現上述目的：

一種適用于大振幅和寬頻帶的主被動一體化減隔振裝置，包括復合彈性位移放大機構、安裝在所述復合彈性位移放大機構內的壓電陶瓷驅動器、振動控制器、功率放大器和傳感器；

所述復合彈性位移放大機構為六邊形結構，所述復合彈性位移放大機構包括兩條相對且長度相等的短邊和四條長度相等的長邊，所述壓電陶瓷驅動器的兩端分別與所述復合彈性位移放大機構的兩條短邊剛性連接；

所述復合彈性位移放大機構的四條長邊上均設置有阻尼層；

所述復合彈性位移放大機構其中一組相鄰的兩條長邊交點為用于支撐固定被隔振試件的剛性上端部，所述復合彈性位移放大機構另外一組相鄰的兩條長邊交點為剛性下端部；

所述傳感器安裝在所述被隔振試件上，所述傳感器的信號輸出端通過信號線與所述振動控制器的信號輸入端電連接，所述振動控制器的信號輸出端與所述功率放大器的信號輸入端電連接，所述功率放大器的信號輸出端通過壓電陶瓷電源線與所述壓電陶瓷驅動器電連接。

優(yōu)選地，所述復合彈性位移放大機構的四條長邊在厚度方向上均采用相同的多根柔性臂組成的疊層結構，相鄰兩層所述柔性臂之間設置有所述阻尼層。

優(yōu)選地，所述壓電陶瓷驅動器為堆疊型壓電陶瓷結構或封裝壓電陶瓷結構。

優(yōu)選地，所述傳感器為位移傳感器、加速度傳感器或者力傳感器。

優(yōu)選地，所述阻尼層為橡膠阻尼層或者聚合物阻尼層。

優(yōu)選地，所述剛性上端部和所述剛性下端部均設置有螺紋孔。

優(yōu)選地，所述阻尼層采用自由阻尼材料或約束阻尼材料的結構阻尼形式嵌入到所述復合彈性位移放大機構中。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明可實現精密儀器設備的較大振幅和寬頻帶的主被動一體化減振，阻尼層嵌入到復合彈性位移放大機構中，與壓電陶瓷驅動器的主動隔振配合，實現寬頻帶振動控制，此外復合彈性位移放大機構還將壓電陶瓷驅動器的輸出位移放大，從而確保了較大振幅的振動輸出，具有推廣使用的價值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構原理圖；

圖2是本發(fā)明所述復合彈性位移放大機構的結構示意圖；

圖中：1-壓電陶瓷驅動器，2-復合彈性位移放大機構，3-阻尼層，4-柔性臂，5-柔性臂，6-螺紋孔，7-剛性上端部，8-剛性下端部，9-壓電陶瓷電源線，10-被隔振試件，11-傳感器，12-信號線，13-振動控制器，14-功率放大器。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明：

如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括復合彈性位移放大機構2、安裝在復合彈性位移放大機構2內的壓電陶瓷驅動器1、振動控制器13、功率放大器14和傳感器11，壓電陶瓷驅動器1可以為堆疊型壓電陶瓷結構或封裝壓電陶瓷結構，傳感器11為位移傳感器、加速度傳感器或者力傳感器。

壓電陶瓷驅動器1用于產生與振動干擾相反的振動信號。復合彈性位移放大機構2的功能主要有三個：用于放大壓電陶瓷驅動器1的輸出位移和固定壓電陶瓷驅動器1；用于支撐和固定被隔振試件10；用于裝載阻尼層3。

復合彈性位移放大機構2為在公知的菱形柔性機構的基礎之上改進的彈性機構，為六邊形結構，復合彈性位移放大機構2包括兩條相對且長度相等的短邊和四條長度相等的長邊，壓電陶瓷驅動器1的兩端分別與復合彈性位移放大機構2的兩條短邊剛性連接，復合彈性位移放大機構2的四條長邊上均設置有阻尼層3。

復合彈性位移放大機構2其中一組相鄰的兩條長邊交點為用于支撐固定被隔振試件10的剛性上端部7，復合彈性位移放大機構2另外一組相鄰的兩條長邊交點為剛性下端部8，剛性上端部7和剛性下端部8均設置有螺紋孔6，被隔振試件10即為精密儀器設備，被隔振試件10連接在剛性上端部7的螺紋孔6處，剛性下端部8通過其上的螺紋孔6剛性連接到含有振動源的基底上。

傳感器11安裝在被隔振試件10上，傳感器11的信號輸出端通過信號線12與振動控制器13的信號輸入端電連接，振動控制器13的信號輸出端與功率放大器14的信號輸入端電連接，功率放大器14的信號輸出端通過壓電陶瓷電源線9與壓電陶瓷驅動器1電連接。

復合彈性位移放大機構2的四條長邊在厚度方向上均采用相同的多根柔性臂組成的疊層結構(一般選擇兩到三層，在本專利中的附圖體現出了兩層，兩根柔性臂標號分別為4和5)，各疊層間存在一定間距，間隙中間設置有阻尼層3，疊層間距根據輸出位移大小和固有頻率大小選擇。

根據振動幅值和頻率等指標要求，復合彈性位移放大機構2的四條長邊柔性梁與剛性上端部7的連接處，以及四條長邊與剛性下端部8的連接處，可以設置柔性鉸鏈，這些柔性鉸鏈可以為公知的圓形柔性鉸鏈、橢圓形柔性機構或直圓形柔性鉸鏈。

阻尼層3為橡膠阻尼層3或者聚合物阻尼層3。阻尼層3采用自由阻尼材料或約束阻尼材料的結構阻尼形式嵌入到復合彈性位移放大機構2中。

自由阻尼材料的結構阻尼形式即為將阻尼材料直接通過灌注或粘貼的方式以公知的自由阻尼層3結構形式粘貼到復合彈性位移放大機構2的柔性梁間隙中；阻尼材料也可以直接通過灌注或粘貼的方式以公知的自由阻尼層3結構形式粘貼到復合彈性位移放大機構2柔性梁的外邊緣或內邊緣。

約束阻尼材料的結構阻尼形式即為將阻尼材料與硬質片(為鋼片、鋁片或銅片)組成公知的約束阻尼層3結構粘貼到復合彈性位移放大機構2的柔性梁間隙中；阻尼材料也可與硬質片(為鋼片、鋁片或銅片)組成公知的約束阻尼層3結構粘貼到復合彈性位移放大機構2柔性梁的外邊緣或內邊緣。

本發(fā)明的減震原理如下：

當外界有振動干擾時，一方面復合彈性位移放大機構2中的阻尼層3與復合彈性位移放大機構2組成的結構阻尼衰減掉部分振動能量，尤其是中高頻的振動能量衰減效果更佳；另一方面，傳感器11感測到傳遞到被隔振試件10上的振動信號，通過信號線12傳遞給振動控制器13，通過一定的振動控制策略，振動控制器13輸出的驅動信號接入功率放大器14，功率放大器14輸出信號用于驅動壓電陶瓷驅動器1運動，產生與振動源信號相反的振動輸出，進而實現振動的隔離和衰減。

以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍內。