例电磁铁的出力正比于励磁线圈的电流，励磁线圈的阻抗在励磁电压变化不大的情况下，其阻抗变化可以忽略不计，所以比例电磁铁3的出力噪声正比于PID运算控制器8的输出电压噪声，设工作时PID运算控制器8输出电压为IV，地表重力加速度约为9.8ms_2，PID运算控制器电压=lV*(±40Xl(T8ms-2/9.8ms-2)，则电压噪声约为±4*1(T8V，约±40nV，因PID属于闭环控制，输出电压不要求绝对值准确，因此，只要PID运算控制器输出的噪声小于40nV即可，美国Maxim公司客户应用工程师Kevin Frick (Kevin Frick，2007，降低电源的输出电压噪声)以MAX1857线性稳压器例(MAX1857，输出噪声电平不低于2000nV/ V Hz,在IkHz以下时不低于1600nV/ V Hz)，通过增加一个外部晶体管和简单的RC低通滤波器，可将电路的电源噪声降低46dB，并且在200Hz处能够获得7nV/ V Hz的噪声电平，即噪声被衰减了 200倍，因此，通过类似方法，低于40nV的噪声电源是能够实现的。
[0045]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于比例电磁铁的隔振机构，其特征在于，包括载荷杆(I)、第一平衡机构(2)、比例电磁铁(3)、第二平衡机构(4)、微位移传感器(6)和PID运算控制器⑶； 所述载荷杆(I)与所述比例电磁铁(3)的纵中轴线重合，所述载荷杆(I)的长度大于所述比例电磁铁(3)的长度，所述载荷杆(I)的一端用于承载待隔振系统； 所述第一平衡机构(2)与所述载荷杆(I)的一端固定连接，所述第二平衡机构(4)与所述载荷杆(I)的另一端固定连接，所述第一平衡机构(2)和所述第二平衡机构(4)用于提供能够限制所述载荷杆⑴位于所述比例电磁铁⑶的纵中轴线上的水平张力； 所述微位移传感器出)的输入端连接至所述载荷杆(I)的另一端，所述微位移传感器(6)用于测量所述载荷杆⑴与所述比例电磁铁(3)外壳的纵向相对位置； 所述PID运算控制器(8)的输入端连接至所述微位移传感器￠)的输出端，所述PID运算控制器⑶的输出端与所述比例电磁铁⑶连接；所述PID运算控制器⑶用于对所述纵向相对位置进行PID运算后，输出闭环控制信号； 所述比例电磁铁(3)在所述闭环控制信号的作用下工作在线性工作区，输出与位移无关的力，并作用在所述载荷杆(I)上使得所述载荷杆(I)处于悬浮状态，实现低频的隔振。
2.如权利要求1所述的隔振机构，其特征在于，所述载荷杆(I)为中空管结构。
3.如权利要求1所述的隔振机构，其特征在于，所述第一平衡机构(2)和所述第二平衡机构(4)结构相同，均包括多组由轻质弹簧及弹簧张力调节器构成的平衡单元，多组平衡单元呈中心辐射对称均匀分布在同一高度，所述轻质弹簧的一端与所述载荷杆(I)连接，所述轻质弹簧的另一端与所述弹簧张力调节器连接，所述弹簧张力调节器固定在所述比例电磁铁(3)上。
4.如权利要求1所述的隔振机构，其特征在于，所述比例电磁铁(3)包括极靴(3-1)、第一导磁环(3-2)、隔磁环(3-3)、第二导磁环(3-4)、壳体(3-5)、第二限位环(3_6)、衔铁(3-7)、励磁线圈(3-8)、行程间隙(3-9)和第一限位环(3-10); 所述极靴(3-1)与所述壳体(3-5)固定连接；所述第一导磁环(3-2)上端面与所述极靴(3-1)固定连接，所述第一导磁环(3-2)下端面与所述隔磁环(3-3)上端面固定连接，且连接部位成第一斜角； 所述隔磁环(3-3)下端面与所述第二导磁环(3-4)上端面固定连接，所述第二导磁环(3-4)下端面与所述壳体(3-5)固定连接； 所述第一导磁环(3-2)、所述隔磁环(3-3)和所述第二导磁环(3-4)组成一圆筒，圆筒纵中轴线与比例电磁铁(3)纵中轴线重合，圆筒外壁的一部分与励磁线圈(3-8)内圈紧密接触，圆筒外壁的多余部分与壳体(3-5)相接触，圆筒内径大于衔铁(3-7)外径，圆筒内设有衔铁(3-7)，衔铁(3-7)位于比例电磁铁(3)的纵中轴线上，励磁线圈(3-8)外壁与壳体(3-5)内侧接触，励磁线圈(3-8)下端面与壳体(3-5)接触，励磁线圈(3-8)上端口与极靴(3-1)接触； 所述极靴(3-1)、所述第一导磁环(3-2)、所述第二导磁环(3-4)和所述壳体(3-5)构成磁回路，所述衔铁(3-7)上端面有所述第一限位环(3-10)，所述第一限位环(3-10)与所述极靴(3-1)固定连接，所述衔铁(3-7)下端面有所述第二限位环(3-6)，所述第二限位环(3-6)与所述壳体(3-5)固定连接，所述第二限位环(3-6)上端面与所述第一限位环(3-10)的下端面间的空隙为行程间隙(3-9)。
5.如权利要求4所述的隔振机构，其特征在于，所述第一导磁环(3-2)下端面与所述隔磁环(3-3)上端面固定连接形成的所述第一斜角为15°?50°。
6.如权利要求4所述的隔振机构，其特征在于，由所述第一导磁环(3-2)、所述隔磁环(3-3)和所述第二导磁环(3-4)组成的所述圆筒内径与所述衔铁(3-7)外径之差为0.1mm ?Imm0
7.如权利要求4所述的隔振机构，其特征在于，行程间隙(3-9)的范围介于0.1mm?Imm0
8.如权利要求4所述的隔振机构，其特征在于，所述第一限位环(3-10)和所述第二限位环(3-6)均由非磁材料制成，所述衔铁(3-7)由磁材料制成，所述第一限位环(3-10)和所述第二限位环(3-6)将所述衔铁(3-7)限定在所述电磁铁(3)的线性工作区内。
9.如权利要求8所述的隔振机构，其特征在于，所述衔铁(3-7)为中空结构。
10.如权利要求1所述的隔振机构，其特征在于，所述隔振机构还包括与所述比例电磁铁(3)外壳下端相连的脚钉(5)，所述脚钉(5)用于支撑整个隔振机构，通过调节所述脚钉(5)使得所述比例电磁铁(3)竖直。
【专利摘要】本发明公开了一种基于比例电磁铁的隔振机构，包括载荷杆、第一平衡机构、比例电磁铁、第二平衡机构、微位移传感器和PID运算控制器；载荷杆与比例电磁铁的纵中轴线重合，载荷杆的一端用于承载待隔振系统；第一平衡机构和第二平衡机构用于提供能够限制载荷杆位于比例电磁铁的纵中轴线上的水平张力；微位移传感器的输出端与PID运算控制器连接；PID运算控制器的输出端与比例电磁铁连接；PID运算控制器用于对纵向相对位置进行PID运算后，输出闭环控制信号；比例电磁铁在闭环控制信号的作用下工作在线性工作区，输出与位移无关的力，并作用在载荷杆上使得载荷杆处于悬浮状态，实现低频的隔振。本发明能够满足高精度绝对重力测量的隔振需求。
【IPC分类】F16F6-00, G05B11-42, H01F7-12
【公开号】CN104637646
【申请号】CN201410848744
【发明人】薛怀平, 田蔚, 郝晓光, 钟敏
【申请人】中国科学院测量与地球物理研究所
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年12月30日