本實用新型涉及振動臺領域，具體而言，涉及一種振動裝置及系統(tǒng)。

背景技術：

振動臺是模擬產品用于制造，組裝運輸及使用執(zhí)行階段中所遭遇的各種環(huán)境，用以鑒定產品是否忍受環(huán)境振動的能力，適用于電子、機電、光電、汽機車、玩具等各行各業(yè)的研究、開發(fā)、品管、制造。

目前國內外廣泛用于振動試驗的振動臺一般采用電動式振動臺或液壓式振動臺。電動振動臺的頻率范圍為5～5000Hz,在5Hz≤f≤20Hz頻率范圍內加速度波形失真度≤25％；液壓式振動臺的頻率范圍為0.1～50Hz，加速度波形失真度不大于25％。土木工程的自振頻率都在低頻或超低頻范圍內，如江陰長江大橋的自振頻率可為0.05Hz,深圳地王大廈的自振頻率為0.178Hz，一般民用建筑的自振頻率低于5Hz，顯然電動式振動臺不能滿足土木工程的振動試驗要求。機械振動一般屬于中高頻范圍，液壓式振動臺又不能滿足機械振動的實驗要求。

從更廣泛的角度來看，不論是哪種振動臺，其自振頻率有限，適用范圍較小。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供伺服振動臺，以提高振動臺的適用范圍。

第一方面，本實用新型實施例提供了一種振動裝置，包括：

主體臺架、控制電路和有源伺服器；主體臺架包括：位于中部的永磁體、設置在永磁體周部的軛鐵和位于永磁體上部的動圈架，在永磁體和軛鐵之間形成磁縫隙；控制電路包括信號源接收器、功率放大器和第一組線圈；信號源接收器與功率放大器的輸入端電連接，功率放大器的兩輸出端分別與第一組線圈的兩端連接；第一組線圈位于磁縫隙中，且第一組線圈纏繞在動圈架上；

有源伺服器包括：第二組線圈、第三組線圈、伺服放大器和反饋電阻；第二組線圈和第三組線圈均位于磁縫隙中，且均纏繞在動圈架上；第二組線圈、伺服放大器、反饋電阻和第三組線圈順序電連接。

結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，還包括：無源伺服器，無源伺服器包括并聯(lián)連接在第一組線圈兩端的電容。

結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，伺服放大器為放大倍數(shù)可調節(jié)的放大器，和/或反饋電阻為可變電阻。

結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，無源伺服器還包括第一開關，第一開關與電容串聯(lián)形成第一電路，第一電路與功率放大器并聯(lián)，且第一電路與第一組線圈并聯(lián)。

結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，有源伺服器還包括第二開關和第三開關，第二開關連接在第二組線圈和伺服放大器之間，第三開關連接在反饋電阻和第三組線圈之間。

結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，五主體臺架還包括：動圈架上部的振動臺面；振動臺面與動圈架固定連接；

振動臺面的下表面靠近邊沿的位置通過彈簧與軛鐵的上表面連接。

結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，主體臺架還包括：

包圍永磁體和軛鐵的外殼，以及設置在永磁體和軛鐵下部的底座。

結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第七種可能的實施方式，其中，第一組線圈的線徑與第二組線圈的線徑的比值大于8.5。

第二方面，本實用新型實施例還提供了一種振動裝置的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一方面的裝置，還包括：信號源，所述信號源與所述信號源接收器的輸入端電連接。

結合第二方面，本實用新型實施例提供了第二方面的第一種可能的實施方式，其中，所述信號源與所述信號源接收器無線連接。

本實用新型實施例提供的振動裝置，采用增加有源伺服器的方式，與現(xiàn)有技術中的振動臺只通過單一的控制電路進行控制，振動頻率無法調節(jié)相比，其通過在原始的主體臺架和控制電路的基礎上，增加了有源伺服器，并且，有源伺服器中的第二組線圈和第三組線圈均位于磁縫隙中，且均纏繞在動圈架上；第二組線圈、伺服放大器、反饋電阻和第二組線圈順序電連接，使用過程中可以通過調節(jié)私服放大器的放大倍數(shù)來調節(jié)振動裝置整體的振動頻率，進而實現(xiàn)頻率調節(jié)。

為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1示出了相關技術中振動臺的一般結構圖；

圖2示出了本實用新型實施例所提供的一種振動裝置的基本結構圖；

圖3示出了本實用新型實施例所提供的一種振動裝置的簡化結構圖；

圖4示出了本實用新型實施例所提供的一種振動裝置的細節(jié)放大圖；

圖5示出了本實用新型實施例所提供的一種振動裝置的控制方法的基本流程圖。

主要元件符號說明：

101，信號源接收器；102，功率放大器；103，磁縫隙；104，動圈骨架；105，振動臺面；106，圓形銜鐵；107，軛鐵；108，永磁體；109，磁路后蓋；110，底座；111，無源伺服器；112，有源伺服器；113，外殼；1121，伺服放大器；G1，第一組線圈；G2，第二組線圈；G3，第三組線圈。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本實用新型的范圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例?；诒緦嵱眯滦偷膶嵤├?，本領域技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

相關技術中，已經出現(xiàn)了不同種類的振動臺，為了提升振動臺的低頻特性，出現(xiàn)了使用相對速度反饋技術的振動臺。如某個振動臺技術中，在超低頻標準裝置上采用了有源相對速度反饋,有源絕對速度反饋和有源復合速度反饋技術。該技術具有精度高、電路復雜等特點。在另一個技術中，采用了相對速度計反饋技術,在振動臺面上另安裝一個動圈，在振動臺底座上安裝一個磁路，臺面振動時動圈在磁路的磁縫隙中產生相對運動，其感應電動勢經過伺服放大器和激振線圈組成閉環(huán)，這兩種方案的缺點是需要增加一個相對速度計，在振動臺位移加大時，給相對速度計的設計和安裝帶來不便。

如圖1所示，提供了一種相關技術中的一種振動臺，該振動臺包括：信號源11、功率放大器12、磁路、饒有一組線圈G的動圈骨架14、支撐導向彈簧K和臺面15，其中，磁路由圓形軛鐵17、圓形銜鐵16、圓柱形永磁體18和磁路后蓋19組成，其原理都是動圈在設計好的磁縫隙13中運動，切割磁力線產生感應電動勢。動圈的機電耦合系數(shù)G為磁感應強度B與動圈導線長度l的乘積(Bl＝G)，當信號源11輸出正弦電壓信號，經功率放大器12后在動圈中輸入交變電流i時，動圈產生激振力F＝Gi，帶動臺面15振動。振動臺的自振頻率ω₀是由支撐導向彈簧的剛度k和振動臺運動部分質量m確定的，即這種振動臺的運動部分質量m和彈簧的剛度k一旦確定,自振頻率ω₀也就確定了,且規(guī)定振動臺的頻率下限即是ω₀,這種振動臺的動圈骨架上只有一組線圈G,無法進行低頻特性擴展，且失真度較大(在15％左右)。

針對該種自振頻率無法擴展的振動臺，本申請?zhí)峁┝艘环N改進型的振動裝置，如圖2-4所示該振動裝置，包括：

主體臺架、控制電路和有源伺服器112；主體臺架包括：位于中部的永磁體108、設置在永磁體108周部的軛鐵107和位于永磁體108上部的動圈架，在永磁體108和軛鐵107之間形成磁縫隙103；控制電路包括信號源接收器101、功率放大器102和第一組線圈G1；信號源接收器101與功率放大器102的輸入端電連接，功率放大器102的兩輸出端分別與第一組線圈G1的兩端連接；第一組線圈G1位于磁縫隙103中，且第一組線圈G1纏繞在動圈架上；

有源伺服器112包括：第二組線圈G2、第三組線圈G3、伺服放大器1121和反饋電阻R_f；第二組線圈G2和第三組線圈G3均位于磁縫隙103中，且均纏繞在動圈架上；第二組線圈G2、伺服放大器1121、反饋電阻R_f和第三組線圈G3順序電連接。

作為一種實施方案，第二組線圈G2和可以纏繞在第一組線圈G1的外部，第三組線圈G3可以纏繞在第二組線圈G2的外部。為了提高系統(tǒng)的整體性能，一般情況下，第二組線圈G2的線徑和第三組線圈G3的線徑要遠小于第一組線圈G1的線徑。優(yōu)選的，伺服放大器1121為放大倍數(shù)可調節(jié)的放大器，和/或反饋電阻R_f為可變電阻。

上述方案中除有源伺服器112以外，其它部分(如主體臺架和控制電路)的結構與空間位置關系可以參考現(xiàn)有的其他技術進行設置，因此，主體臺架和控制電路的內部結構與空間位置關系不再詳細說明。信號源接收器101指的是一種能夠接受信號源所發(fā)出電信號的一種結構，其具體體現(xiàn)形式可以是附屬于功率放大器102的信號接收裝置，也可以是獨立于功率放大器102的有線/無線信號接收裝置。

除了設置有源伺服器112，進行頻率調節(jié)，還可以同時設置無源伺服器111進行調節(jié)，具體而言，無源伺服器111包括并聯(lián)連接在第一組線圈G1兩端的電容。此處所提及的電容優(yōu)選為可調電容器。

為了使得有源伺服器112和無源伺服器111的控制(主要是針對啟動和停止的控制)更為合理，還可以為有源伺服器112和無源伺服器111增加相應的控制開關，具體的，無源伺服器111還包括第一開關K1，第一開關K1與電容串聯(lián)形成第一電路，第一電路與功率放大器102并聯(lián)，且第一電路與第一組線圈G1并聯(lián)。

類似的，有源伺服器112還包括第二開關K2和第三開關K3，第二開關K2連接在第二組線圈G2和伺服放大器1121之間，第三開關K3連接在反饋電阻R_f和第三組線圈G3之間。

優(yōu)選的，主體臺架還包括：動圈架上部的振動臺面105；振動臺面105與動圈架固定連接；振動臺面105的下表面靠近邊沿的位置通過彈簧與軛鐵107的上表面連接。

主體臺架還包括：包圍永磁體108和軛鐵107的外殼113，以及設置在永磁體108和軛鐵107下部的底座110。

其中，外殼113通常呈圓柱形，圓形的底座110和圓形臺面105之間形成空腔，空腔中裝有磁路。磁路包括圓形的軛鐵107、圓形銜鐵106、圓柱形永磁體108和磁路后蓋109組成，在圓柱形軛鐵107的外表面和軛鐵107上部凸出部分形成磁縫隙103(磁縫隙103位于永磁體108和軛鐵107之間)，磁路坐落在底座110上；在軛鐵107上端面和振動臺面105的下端面裝有支撐導向彈簧k，該彈簧用于振動臺面105的支撐導向和產生回復力；圓形三線圈式動圈由動圈架和繞在動圈架上的三組線圈組成，這三組線圈分別為第一組線圈G1、第二組線圈G2和第三組線圈G3，三組線圈的機電耦合系數(shù)分別為G₁、G₂、G₃，三線圈式動圈的上端與振動臺面105相連，三線圈式動圈的下部分和三組線圈可同步在磁縫隙103中運動，進而切割磁力線，同時產生電動勢。當在動圈中輸入交變的電流時，動圈在磁縫隙103中上下運動，并帶動振動臺面105產生振動位移x；三線圈式動圈的第一組線圈G1和無源伺服器111、功率放大器102相連，功率放大器102的輸入端和信號發(fā)生器的輸出端相連。第一組線圈G1和無源伺服器111相連后，起到增大系統(tǒng)電子當量質量從而降低振動裝置整體的自振頻率；第二組線圈G2及第三組線圈G3和有源伺服器112相連，起到增大系統(tǒng)阻尼，從而達到再一次降低振動裝置低頻下限，實現(xiàn)了電動振動裝置低頻特性的擴展。

工作時，第一組線圈G1和無源伺服器111結合，既起到降低自振頻率的作用，還要承擔激振的作用，所以第一組線圈G1的線徑要遠大于第二、三組線圈的線徑，也就是應盡可能的加大第一組線圈G1的繞線匝數(shù)，以便允許較大的電流通過，提供較大的激振力F＝G₁i。

第二、第三組線圈G3和有源伺服器112的主要作用是增大阻尼比，阻尼比的公式為：

公式中，ω_c為加入無源伺服器111后振動裝置的自振頻率，m為振動裝置運動部分的質量，M₁為振動裝置運動部分的電子當量質量，D為阻尼比；G₂和G₃分別為第二組線圈G2、第三組線圈G3的機電耦合系數(shù)，A為私服放大器的放大倍數(shù)，R_f為反饋電阻的電阻值。

由上述公式可以看出，增大有源伺服放大器1121的放大倍數(shù)固然可以增大阻尼比，但同時也放大了電路噪聲；增加第三組線圈G3的繞線匝數(shù)可以提高G₃，同時反饋電阻R_f(本方案中，反饋電阻R_f的含義可以是反饋電路的總電阻)的阻值也增大了；所以實際過程要進行優(yōu)化設計，為了在有限的繞線空間獲得較高的G₂、G₃，第二組線圈G2和第三組線圈G3要用較細線徑，盡可能加大第二組線圈G2的繞線匝數(shù)，優(yōu)化第三組線圈G3的匝數(shù)，合理的選擇伺服放大器1121的放大倍數(shù)。進而，第一組線圈G1的線徑與第二組線圈G2的線徑的比值大于8.5。類似的，第一組線圈G1的線徑與第三組線圈G3的線徑的比值大于8.2。

需要說明的是，在振動裝置所在的系統(tǒng)中，在振動裝置運動部分的質量大于4KG的時候，只使用有源伺服器112(無源伺服器111的電容不接入到電路中)就可以達到較好的拓展低頻的目的。在同時增加了有源伺服器112和無源伺服器111之后，整個振動裝置所在的系統(tǒng)便可以針對不同情況(主要指振動裝置運動部分的質量不同)進行振動頻率的調節(jié)。

下面，分別對無源伺服器111和有源伺服器112的工作特性進行說明：

無源伺服器111：無源伺服器111由電容，第一開關K1組成，當?shù)谝婚_關K1閉合時，信號源的輸出信號經功率放大器102、無源伺服器111輸入給第一組線圈G1，第一組線圈G1在磁縫隙103中上下運動，第一組線圈G1切割磁力線，產生感應電動勢該電動勢輸入給和第一組線圈G1并聯(lián)的電容C后，增加了運動部分的電子當量質量將傳統(tǒng)振動臺(不設置有無源伺服器111和有源伺服器112的振動臺)的運動部份質量m變?yōu)闊o源伺服后的運動部分質量m+M₁，振動裝置的自振頻率由傳統(tǒng)振動裝置的自振頻率變?yōu)樵黾訜o源伺服后振動裝置的自振頻率進而達到了降低自振頻率的目的。

有源伺服器112：有源伺服器112由有源伺服放大器1121、反饋電阻R_f、第二開關K2和第三開關K3組成，當?shù)诙_關K2和第三開關K3閉合時，信號源的輸出信號經功率放大器102、無源伺服器111輸入給第一組線圈G1，線圈在磁縫隙103中上下運動，帶動振動臺面105振動，繞在同一動圈骨架104上的第二組線圈G2、第三組線圈G3在磁縫隙103中同步運動，第二組線圈G2切割磁力線產生的感應電動勢輸入給有源伺服放大器1121的輸入端，第三組線圈G3的一端和反饋電阻R_f的下端相連，反饋電阻R_f的上端和有源伺服放大器1121的輸出端相連，第二組線圈G2和第三組線圈G3的另一端接地，第二組線圈G2的感應電動勢經有源伺服放大器1121放大A倍后，經反饋電阻R_f后輸入給第三組線圈G3，在第三組線圈G3的電流為i，產生的阻尼力為G₃i，有源伺服后的阻尼比為混合伺服后的低頻下限為

進而，采用了三線圈式動圈結構的無源伺服器111和有源伺服器112混合后，只要增大無源伺服器111的電容、增大有源伺服放大器1121的放大倍數(shù)A、或減小反饋電阻R_f，就可實現(xiàn)降低自振頻率和拓展低頻特性的目的。

基于上述公開的振動裝置，本申請還提供了該種裝置的控制方法，如圖5所示，該方法包括如下步驟：

S501，獲取第一組線圈、第二組線圈、第三組線圈的機電耦合系數(shù)，以及振動裝置的空載自振頻率ω₀；

S502，根據(jù)第一組線圈、第二組線圈、第三組線圈的機電耦合系數(shù)，以及振動裝置的空載自振頻率ω₀計算伺服放大器的參考放大倍數(shù)和反饋電阻的參考阻值；

S503，按照參考放大倍數(shù)和參考阻值調節(jié)伺服放大器和反饋電阻，并驅動振動裝置工作。

具體的，在步驟S303之后，當振動裝置正常工作的過程中，可以通過調節(jié)伺服放大器的放大倍數(shù)來調節(jié)振動裝置的當前頻率。

具體的，步驟S502，根據(jù)第一組線圈、第二組線圈、第三組線圈的機電耦合系數(shù)，以及振動裝置的空載自振頻率ω₀計算伺服放大器的參考放大倍數(shù)和反饋電阻的參考阻值包括：

按照如下公式計算伺服放大器的參考放大倍數(shù)、反饋電阻的參考阻值和電容的參考電容值，

和

其中，ω_c為加入無源伺服器后振動裝置的自振頻率，k為彈簧的剛度，m為振動裝置運動部分的質量，M₁為振動裝置運動部分的電子當量質量，D為阻尼比；G₂和G₃分別為第二組線圈、第三組線圈的機電耦合系數(shù)，A為私服放大器的放大倍數(shù)，R_f為反饋電阻的電阻值，ω_L為增加了有源伺服器和無源伺服器后，振動裝置所在系統(tǒng)整體的低頻下限。

當有源伺服器和無源伺服器完全接入到電路中后，即圖中的3個開關(K1、K2、K3)全閉合時，可列出無源和有源混合伺服振動裝置的微分方程：

式中：m為運動部分質量，k為支承導向彈簧的剛度,b為包括空氣阻尼在內的阻尼力系數(shù),x為質量相對于外殼的運動位移。m為運動部分質量，

為電子當量質量,為電子阻尼力系數(shù)。G₁、G₂、G₃分別為繞在同一骨架上三組線圈的機電耦合系數(shù)，F(xiàn)為振動裝置的激振力。

振動裝置的自振頻率為：

由公式(2)可以看出，經過無源伺服器后，系統(tǒng)的總質量增加了一項電子當量質量，振動裝置的自振頻率得到了降低。

可求得振動裝置的阻尼比為：

從公式(3)可以看出，當振動裝置的機械參數(shù)、線圈的匝數(shù)確定之后，僅需要提高伺服放大器的放大倍數(shù)A，即可增大阻尼比。

轉動振動裝置的低頻下限為：

從方程(4)可以看出，阻尼比越大，振動裝置的低頻下限越低。振動裝置的低頻下限在無源伺服降低自振頻率后，經過有源伺服增大振動臺的阻尼比，低頻下限又一次獲得了擴展，從而實現(xiàn)了無源和有源混合伺服技術擴展振動裝置低頻特性的目的。當振動裝置不需要低頻擴展時，將3個開關斷開即可。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。