超低频隔振中绝对速度信号低频带扩展技术

摘要

近年来由于科学技术发展，各仪器设备的精度和稳定性都不断提升，各种振动的影响变得越发突出，如何有效地隔离低频和超低频振动现已成为研究热点和难点。与被动隔振技术相比，主动隔振技术具有更小的振动传递率，并且具有更大的隔振带宽，在精密测试和超精密制造设备中都得到广泛应用。磁电式振动速度传感器是主动隔振系统的重要组成部分，由于使用环境的限制，传感器不能同时满足小体积和低频信号探测的要求。因此，在不改变传感器机械结构的前提下，选择合理的补偿方案，设计满足性能要求的良好的补偿电路及补偿软件具有很高的实用价值。
　　本文首先分析了隔振系统对传感器的性能要求，并对各类绝对振动传感器的工作特性进行了分析和比较，最终确定了关键技术指标和传感器型号。在深入分析了磁电式速度传感器的结构和工作原理的基础上，建立传感器的动力学模型，构建传感器的传递函数，得到传感器的幅频特性。根据传递函数分析传感器的低频测量局限及其原因，并且针对该局限提出传感器低频扩展方案，最后确定使用零极点补偿法对传感器进行低频扩展。
　　由于需要更为准确的传递函数，本文还研究了磁电式速度传感器的多种测试方法，例如直流激励法、正弦激励信号法和振动台法等。分析了各种方法的优缺点，结合各种因素，决定采用直流激励法对传感器参数进行测试，设计测试的硬件电路和软件，获取传感器精确的传递函数。根据所测量得到的传递函数和零极点补偿法原理设计相应补偿硬件和软件，完成信号处理。
　　最后搭建磁电式速度传感器参数识别实验平台，对传感器参数进行识别，实验结果表明，直流激励法中心频率测量相对误差为0.35%，阻尼比相对误差为0.92%。将测试参数用于零极点补偿网络，并进行低频信号检测实验验证扩展电路和软件对磁电式速度传感器的低频扩展功能。实验结果表明：利用硬件电路和软件方法均能够实现将传感器中心频率由4.8Hz降至0.28Hz，实现传感器低频带扩展目标。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 本文主要研究内容

第2章 磁电式速度传感器工作原理及补偿方案

2.1 引言

2.2 磁电式速度传感器工作原理

2.3 绝对振动速度传感器低频特性硬件补偿方法

2.4 磁电式振动速度传感器低频特性软件补偿方法

2.5 磁电式速度传感器低频扩展方案

2.6 本章小结

第3章 传感器特性参数识别

3.1 引言

3.2 传感器参数测试原理

3.3 直流激励法测试硬件电路

3.4 直流激励法测试软件设计

3.5 本章小结

第4章 低频扩展硬件电路及软件设计

4.1 引言

4.2 基于零极点补偿的硬件电路设计

4.3 低频信号扩展软件设计

4.4 本章小结

第5章 传感器参数识别及低频扩展实验及分析

5.1 引言

5.2 参数识别系统实验及分析

5.3 低频扩展硬件电路系统实验及分析

5.4 传感器软件补偿

5.5 硬件扩展与软件扩展效果分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢

附录