專利名稱：小型伺服振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及振動(dòng)計(jì)量設(shè)備，它為低頻或超低頻拾振器提供了一種便于攜帶，價(jià)格低廉、性能優(yōu)良、使用方便的標(biāo)定設(shè)備。
對(duì)于超低頻拾振器的標(biāo)定，已有相應(yīng)的設(shè)備－－工程力學(xué)研究所的“超低頻振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置”，但體積龐大，價(jià)格昂貴(約七十萬(wàn)元)，本實(shí)用新型在方法和結(jié)構(gòu)形式上都有了較大改變，在理論上參考了工程力學(xué)所的文章“DCJ型伺服式加速度計(jì)”。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種新型的小型伺服振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)，解決過去沒有解決的在小型電磁振動(dòng)臺(tái)上實(shí)現(xiàn)超低頻拾振器的標(biāo)定問題，方便實(shí)用，準(zhǔn)確可靠，攜帶方便，價(jià)格低廉，便于野外現(xiàn)場(chǎng)使用。
本實(shí)用新型的任務(wù)是以如下方式實(shí)現(xiàn)的，由小型水平向振動(dòng)臺(tái)、小型垂直向振動(dòng)臺(tái)和伺服測(cè)量裝置組成該系統(tǒng)。在小型水平向振動(dòng)臺(tái)和小型垂直向振動(dòng)臺(tái)上各裝有一個(gè)相對(duì)速度計(jì)、并將該速度計(jì)與集信號(hào)發(fā)生器、伺服放大器、功率放大器、多路峰值電壓測(cè)量為一體(裝入與之相匹配的小塑料殼體內(nèi))的一個(gè)伺服測(cè)量裝置相連接，并反饋到激振頭的動(dòng)圈，形成能標(biāo)定超低頻拾振器的小型伺服振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)。所說的水平振動(dòng)臺(tái)的相對(duì)速度計(jì)是裝在激振頭和水平臺(tái)面的中心軸線上，其動(dòng)圈安裝在水平臺(tái)面的一端，磁路安裝在振動(dòng)臺(tái)底座上，形成相對(duì)速度計(jì)。所說的垂直振動(dòng)臺(tái)的相對(duì)速度計(jì)是安裝在激振頭和連桿的軸線上，動(dòng)圈固定在與臺(tái)面連接的橫桿上，磁路安裝在與底座連為一體的上橫梁上，形成相對(duì)速度計(jì)。小型垂直向振動(dòng)臺(tái)上有兩組四片往復(fù)式導(dǎo)向簧片固定在與底座連成一體的豎梁和連桿上，有兩個(gè)豎向調(diào)節(jié)彈簧掛在上橫梁和橫桿上。
其任務(wù)還在于將有源伺服反饋技術(shù)應(yīng)用于小型振動(dòng)臺(tái)中，將相對(duì)速度計(jì)的動(dòng)圈接入伺服放大器的輸入端，將激振頭的動(dòng)圈接入功效放大器的輸出端，形成伺服振動(dòng)臺(tái)，另外將相對(duì)速度計(jì)的輸出電壓信號(hào)取出，經(jīng)阻抗變換后作為臺(tái)面的標(biāo)準(zhǔn)速度電壓，經(jīng)過一次積分后作為臺(tái)面的標(biāo)準(zhǔn)位移電壓。
該系統(tǒng)的工作原理是由相對(duì)速度計(jì)的動(dòng)圈(5)或(16)與伺服放大器(19)輸入端相連，激振頭動(dòng)圈(3)或(10)與功率放大器(20)的輸出端相連，形成伺服振動(dòng)臺(tái)。由信號(hào)發(fā)生器(18)產(chǎn)生0.1－100Hz的正弦電壓信號(hào)經(jīng)伺服放大器(19)、功率放大器(20)推動(dòng)振動(dòng)臺(tái)。阻抗變換器(21)和積分器(22)的輸入信號(hào)均取自于相對(duì)速度計(jì)的輸出電壓，分別輸出正比于臺(tái)面速度(X)和臺(tái)面位移(X)的電壓信號(hào)，來作為該系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)速度和標(biāo)準(zhǔn)位移電壓。峰值電壓測(cè)量(23)可以分別測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)速度和標(biāo)準(zhǔn)位移信號(hào)電壓和振動(dòng)臺(tái)面(7)或(11)上被標(biāo)拾振器的輸出電壓。
當(dāng)接通系統(tǒng)電源，增大伺服放大器的增益時(shí)，系統(tǒng)形成了大阻尼比系統(tǒng)，原理如附圖4所示，其阻尼比為D＝ (G1G2K)/(2M1n1R) ＞＞1式中G1、G2分別為相對(duì)速度計(jì)和激振頭部分的機(jī)電耦合系數(shù)，M1、n1＝2πf1及R分別為運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量，機(jī)械自振頻率和回路電阻。K＝Rf／R1為伺服放大器的放大倍數(shù)。
振動(dòng)臺(tái)低頻下限為j下＝
因此振動(dòng)臺(tái)低頻下限可用伺服放大器的放大倍數(shù)來方便的調(diào)整。
當(dāng)信號(hào)發(fā)生器輸出電壓，推動(dòng)振動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)后，相對(duì)速度計(jì)的輸出信號(hào)經(jīng)阻抗變換器和積分器，以提供小振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的標(biāo)準(zhǔn)速度和標(biāo)準(zhǔn)位移信號(hào)，與被標(biāo)拾振器的輸出電壓均送給峰值電壓測(cè)量，即可求出被標(biāo)拾振器的靈敏度和幅頻特性。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是小型便于攜帶，可現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用、價(jià)格低廉、性能優(yōu)良、可靠、使用方便。由于本系統(tǒng)采用了伺服反饋、往復(fù)式導(dǎo)向簧片和豎向調(diào)整彈簧及集成功放等技術(shù)措施，擴(kuò)展了低頻特性，改善了系統(tǒng)的特性和失真度，克服了臺(tái)面易扭轉(zhuǎn)、搖擺等不穩(wěn)定缺點(diǎn)，縮小了體積，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定度和可靠性。


圖1為水平向振動(dòng)臺(tái)簡(jiǎn)圖，包括底座(1)，激振頭磁路(2)，激振頭動(dòng)圈(3)，相對(duì)速度計(jì)磁路(4)，相對(duì)速度計(jì)動(dòng)圈(5)，簧片(6)，臺(tái)面(7)。磁路(2)和動(dòng)圈(3)構(gòu)成激振頭。磁路(4)和動(dòng)圈(5)形成相對(duì)速度計(jì)。
圖2為垂直向振動(dòng)臺(tái)簡(jiǎn)圖，包括底座(8)，激振頭磁路(9)，激振頭動(dòng)圈(10)，臺(tái)面(11)，往復(fù)式簧片(12)，連接桿(13)，豎向調(diào)整彈簧(14)，相對(duì)速度計(jì)磁路(15)，相對(duì)速度計(jì)動(dòng)圈(16)，橫桿(17)。磁路(9)和動(dòng)圈(10)形成激振頭。磁路(15)和動(dòng)圈(16)形成相對(duì)速度計(jì)。
圖3為本系統(tǒng)的伺服測(cè)量裝置的電氣原理方框圖，包括信號(hào)發(fā)生器(18)，伺服放大器(19)，集成功率放大器(20)，阻抗變換器(21)，積分器(22)，峰值電壓測(cè)量(23)，振動(dòng)臺(tái)面(7)或(11)，相對(duì)速度計(jì)動(dòng)圈(5)或(16)，激振頭動(dòng)圈(3)或(10)。
圖4為形成大阻尼比系統(tǒng)的伺服放大器原理圖，包括相對(duì)速度計(jì)的機(jī)電耦合系數(shù)G1，激振頭部分的機(jī)電耦合系數(shù)G2，與伺服放大器放大倍數(shù)有關(guān)的電阻R1、Rf和輸出回路總電阻R。
權(quán)利要求1.一種小型伺服振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)，它包括小型水平向振動(dòng)臺(tái)、小型垂直向振動(dòng)臺(tái)和伺服測(cè)量裝置組成，其特征在于在小型水平向振動(dòng)臺(tái)和小型垂直向振動(dòng)臺(tái)上各裝有一個(gè)相對(duì)速度計(jì)，該速度計(jì)與裝在小塑料殼體內(nèi)的集信號(hào)發(fā)生器、伺服放大器、功率放大器、多路峰值電壓測(cè)量為一體的伺服測(cè)量裝置相連接并反饋到激振頭的動(dòng)圈，形成能標(biāo)定超低頻拾振器的小型伺服振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)。
2.如權(quán)利1所述的系統(tǒng)，其特征在于所說的小型水平振動(dòng)臺(tái)的相動(dòng)速度計(jì)是安裝在激振頭和水平臺(tái)面的中心軸線上。其動(dòng)圈安裝在水平臺(tái)面的一端，磁路裝在振動(dòng)臺(tái)底座上，形成相對(duì)速度計(jì)。
3.如權(quán)利1所速的系統(tǒng)，其特征在于小型垂直振動(dòng)臺(tái)的相對(duì)速度計(jì)是設(shè)置在振動(dòng)臺(tái)激振頭和連桿的軸線上，動(dòng)圈固定在與臺(tái)面連接的橫桿上，磁路安裝在與底座連為一體的上橫梁上，形成相對(duì)速度計(jì)。
4.如權(quán)利1、3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的小型垂直振動(dòng)臺(tái)有兩組四片往復(fù)式導(dǎo)向簧片固定在與底座連成一體的豎梁和連桿上，有兩個(gè)豎向調(diào)節(jié)彈簧掛在上橫梁和橫桿上。
5.如權(quán)利要求1、2、3所述的系統(tǒng)，其特征在于所說的相對(duì)速度計(jì)的動(dòng)圈接入伺服放大器的輸入端，將激振頭的動(dòng)圈接入功率放大器的輸出端，形成伺服式振動(dòng)臺(tái)。
6.如權(quán)利要求1、2、3所述的系統(tǒng)，其特征在于相對(duì)速度計(jì)的輸出電壓信號(hào)經(jīng)過阻抗變換器作為臺(tái)面的標(biāo)準(zhǔn)速度電壓，經(jīng)過一次積分后作為臺(tái)面的標(biāo)準(zhǔn)位移電壓。
專利摘要本系統(tǒng)為標(biāo)定低頻振動(dòng)傳感器之用，本系統(tǒng)包括水平向伺服振動(dòng)臺(tái)、垂直向振動(dòng)臺(tái)和伺服測(cè)量系統(tǒng)，水平向和垂直向小型振動(dòng)臺(tái)均裝有一個(gè)相對(duì)速度計(jì)，垂直向振動(dòng)臺(tái)裝有往復(fù)式導(dǎo)向簧片和豎向調(diào)節(jié)彈簧。伺服測(cè)量系統(tǒng)集信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、伺服反饋、多路信號(hào)電壓測(cè)量為一體，降低了開支，提高了效率。本系統(tǒng)將有源伺服技術(shù)應(yīng)用于便攜式振動(dòng)臺(tái)中，大大擴(kuò)展了振動(dòng)臺(tái)的低頻特性，提高了便攜式振動(dòng)臺(tái)的穩(wěn)定性和改善了失真度。
文檔編號(hào)G01H1/00GK2150539SQ92243429
公開日1993年12月22日 申請(qǐng)日期1992年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月24日
發(fā)明者黃振平, 楊學(xué)山 申請(qǐng)人:國(guó)家地震局工程力學(xué)研究所, 黃浩華