專利名稱：用于主動振動隔離和主動振動消除的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種振動隔離和消除的系統(tǒng)和方法，特別適合于高精度晶片芯片的生產(chǎn)和檢測設(shè)備，但不局限于此應(yīng)用。
采用主動振動隔離和消除技術(shù)的產(chǎn)品是市場上可得到的，但是他們的效果有待提高。隨著需要更小尺寸的芯片生產(chǎn)的發(fā)展，用于IC生產(chǎn)和檢測設(shè)備的主動振動隔離和消除技術(shù)(也稱為氣墊(air mount)技術(shù))需要更加有效。通常，主動振動隔離/消除系統(tǒng)中的激勵器和傳感器沒有集成在一起。例如，US專利6,286,644，Schubert公開和描述了一個主動振動隔離器，其中在圖7中，傳感器‘PO’和空氣彈簧激勵器‘AS’是兩個相互分離的元件。
本發(fā)明的目的是提供一個主動振動隔離/消除系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了一個激勵器和一個傳感器。系統(tǒng)提供了更優(yōu)秀的振動消除能力。和其他類似系統(tǒng)相同，該系統(tǒng)用于實際應(yīng)用中的各種類型的高精度生產(chǎn)設(shè)備，例如，用于芯片生產(chǎn)設(shè)備中的氣墊中，高精度顯微鏡和其他高精度設(shè)備。例如，本系統(tǒng)的應(yīng)用減小了在追求更小尺寸的芯片生產(chǎn)中所遇到的一個重要的障礙。本發(fā)明基于一個概念，即在一個主動振動隔離/消除系統(tǒng)中的激勵器和傳感器能夠集成在一起，該集成方式能夠使許多已知的性能局限(如著名的控制論中的增益和相位關(guān)系所述)減少到一個不再是性能局限的水平。
本發(fā)明的另外一個目的是提供一個用于絕對減振器中的所提議的主動振動隔離/消除系統(tǒng)。通過結(jié)合減振技術(shù)和氣墊技術(shù)，可以實現(xiàn)大幅度提高的氣墊性能。本發(fā)明的絕對類型的(運動)減振器典型地但不排除性地包括兩個部分，這兩個部分是至少在減振方向上可以彼此相對移動。該類型減振器的第一個部分連接在第一個物體(通常是要減振的物體)上，該部分可以包含一個激勵器線圈和一個完整的傳感器裝置。在該類型的傳感器的感應(yīng)器件為磁鐵和線圈型的情況下，其中一個部分例如線圈感應(yīng)器連接在第一個物體上，其他部分例如本發(fā)明的磁鐵感應(yīng)器可以相關(guān)于要減振的運動自由地連接在第一個物體上。本發(fā)明人提議將磁鐵感應(yīng)器附著在一個參考物體上，該物體應(yīng)該不會受其他物體的振動的負(fù)面影響。參考物體可以是一個浮動物體(自由地連接在第一個物體)。在一個絕對減振器中，該浮動物體作為一個絕對參考。該類型減振器的第二個部分牢固地連接在第二個物體(通常為地面或者不移動的參考物)上，其包括一個磁鐵激勵器。相對于減振器工作時僅僅要求第二個物體用于提供一個反作用力，作為由激勵器產(chǎn)生的作用在第一個物體上的作用力的反作用力。也可以使用一個附加物體，用于保存該反作用力。在低頻率下，這會造成較低的性能，但是在一定情況下會有極好的表現(xiàn)。在以上和下面的描述中，線圈和磁鐵位置能夠相換，同時不影響本發(fā)明的效果。是否交換線圈和磁鐵的位置是一個爭議性的問題，它是基于許多的實際情況，并且根據(jù)不同的實際應(yīng)用而改變。然而，通常來說，最好的方法是將元件放置在一個給被減振和被控制的物體最小慣性的地方。
然而，本發(fā)明的各個方面還可以應(yīng)用于相關(guān)的減振器，因此并不局限于絕對減震器。通常相關(guān)類型的(運動)減振器包括兩個部分，這兩個部分是至少在減振方向上可以彼此相對移動。該類型減振器的第一部分可以包含一個激勵器電圈和一個傳感器線圈，該第一部分牢固地連接在第一個物體上。該類型減振器的第二部分包括一個磁鐵激勵器和磁鐵感應(yīng)器，該第二部分牢固地連接在第二個物體上。
在一個優(yōu)選實施例中，將一個Lorenz型線圈用作一個傳感器，另外一個用作激勵器，這是由于它們有接近理想的性能。通過采用一個特定的線圈設(shè)計，可以將傳感器線圈和激勵器線圈之間的潛在串?dāng)_減少到一個可以忽略的程度。一個減振器提供了一個與運動速度方向相反的力。由于Lorenz型線圈(也稱為音圈)能夠感知速度并且提供力，因此很明顯，它們可以用作傳感器和激勵器。在實際應(yīng)用中(例如在一個主動氣墊中)，由于以上原因和其他原因，它們被頻繁的使用。也能采用其他類型的傳感器和激勵器。然而，它們可能需要調(diào)節(jié)信號或者其他操作來使它們可用。其他傳感器的一個例子是一個激光干涉儀。
通過觀察，本發(fā)明的一個重要方面在于傳感器和激勵器被優(yōu)選放置在合適的位置，從而可以使兩者的組合(它是減振器的一部分)具有特定的相關(guān)屬性。一個相關(guān)屬性是由激勵器引起的機(jī)械信號到傳感器的傳遞時間很短。在激勵器引起一個機(jī)械運動后，傳感器檢測該機(jī)械運動。本發(fā)明的傳感器與激勵器的組合有一個聲延遲，在一個優(yōu)選實施例中，該聲延遲遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一毫秒(通?？煊?0微妙)。同樣，在傳感器與激勵器之間的直接通路的質(zhì)量應(yīng)該很小，而它的強(qiáng)度應(yīng)該很大。通過將傳感器和激勵器基本彼此靠近，能夠得到所有這些規(guī)定。由于機(jī)械信號的傳遞時間有限，并且(在傳感器與激勵器之間)沒有任何實際上的串?dāng)_，這就使減振器能夠有一個十分穩(wěn)定的高增益的反饋控制回路。此外，本發(fā)明的減振器優(yōu)選地但不是排除性地具有一個小于1微妙的電子延時(它在傳感器與激勵器之間)。這就意味著，在傳感器檢測由一個機(jī)械運動引起的一個信號中，可以有一個很快的響應(yīng)(該響應(yīng)命令激勵器產(chǎn)生一個力)。
本發(fā)明的另外一個目的是使串?dāng)_和干擾最小，特別是在傳感器與激勵器之間。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過使用一個磁性類型的激勵器和一個非磁性類型的傳感器，在其他元件中的串?dāng)_降低了。非磁性類型的傳感器的例子是一個光學(xué)傳感器。實現(xiàn)使不想要的串?dāng)_最小的一個額外的新穎方式是將一個激勵器線圈和一個傳感器線圈相互垂直放置。通過采用該方法，由激勵器的激勵器線圈產(chǎn)生的磁場會使在傳感器線圈中的感應(yīng)電流最小。傳感器線圈不會產(chǎn)生場，因此串?dāng)_僅僅由一種方式產(chǎn)生。
通過使用兩個而不是一個傳感器線圈，并且通過使用參考物體中對對極性的磁鐵，就會形成兩個傳感器，在出現(xiàn)一個運動時，這兩個傳感器產(chǎn)生兩個相反的信號，而在出現(xiàn)電子干擾或者磁性干擾時，它們產(chǎn)生一個相等的信號。通過將兩個傳感器信號相減，就可以放大運動的測量值，同時消除所有的常規(guī)干擾。一個具有相同效果的方法是采用相同的磁鐵布置和相反的線圈纏繞方向。
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，另外一種減少串?dāng)_的的方法是在激勵器和傳感器間采用一個防護(hù)罩。當(dāng)使用一個包含導(dǎo)電體的防護(hù)罩(例如銅防護(hù)罩)時，可以實現(xiàn)用于EM波的防護(hù)罩。后一種防護(hù)罩也同樣有益于降低由外部EM源造成的(例如由50/60Hz電源線造成的)負(fù)面影響。防護(hù)罩應(yīng)該應(yīng)用在傳感器與激勵器和或外部EM源之間。例如，能夠用銅箔包裝激勵器和或傳感器。為了降低不想要的串?dāng)_，需要使用一個磁防護(hù)罩?？梢酝ㄟ^例如用所謂的μ金屬包住傳感器線圈的方法來實現(xiàn)該防護(hù)罩。
發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將一個防止噪聲的防護(hù)罩用在減振器上時，減振器的性能大幅度提高。這是因為，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)聲波與電流一樣在線圈上產(chǎn)生干擾。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在絕對型的減振器中，特別是在浮動參考物體周圍提供一個聲學(xué)防護(hù)罩是有益處的。該防護(hù)罩應(yīng)該不接觸參考物體。在一個典型的但不是排除性的實施例中，感應(yīng)器磁鐵自由地連接在要減振的物體上。當(dāng)將一個理想電流源提供給激勵器線圈時，第二個物體的運動不能在激勵器線圈中產(chǎn)生電流。第二個物體(激勵器磁體安置在其上)僅僅提供激勵器的作用力的一個反作用力(否則就不會引起要減振的物體的運動)。當(dāng)電流源被設(shè)計為十分接近理想電流源時，第二個物體的運動的干擾就很小甚至沒有(除非由碰撞造成的第二個物體的劇烈運動，在該情況下，就會產(chǎn)生一個結(jié)構(gòu)錯誤)。
在一個優(yōu)選實施例中，傳感器和激勵器兩者都安裝在需要減振的物體上，但是并不互相連接(例如，在現(xiàn)有技術(shù)中，傳感器和激勵器兩者都安裝在一個組件中，該組件安裝在要減振的對象上)。這樣做的缺點是性能依賴于組件與要減振的物體之間的連接的好壞。即使是在最好的情況下，這種方法也是有局限性的。使傳感器和激勵器擁有各自的界面，則可以消除這種依賴性。將傳感器和激勵器相互并行(代替串行)安裝，則因為傳感器僅僅測量對象的運動，要減振的對象可以不受由減振中的形變(例如由有限的硬度)造成的影響，同時沒有由激勵器力造成的減振器中的形變的負(fù)面影響。
在另一個優(yōu)選實施例中，傳感器的作用線(或者多個傳感器的組合)和激勵器的作用線有相同的作用點和相同的方向(這與現(xiàn)有技術(shù)中的情況不同)。該實施例提高了物體的減振性，因為減振作用是恰好在測量干擾的位置實施的。當(dāng)可以預(yù)測干擾并且將一個預(yù)期的補償信號饋送給減振器的補償裝置(例如，連接在激勵器上的電子電路)時，可以提高減振特性。
其他附加的優(yōu)點和新穎特性在以下的描述中闡明，并且根據(jù)以下解釋，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說其一部分是顯而易見的，或者通過本發(fā)明的實現(xiàn)來了解它們。
以下會通過例子并且參考附圖，更加詳細(xì)的解釋本發(fā)明

圖1示出了一個基本減振原理的系統(tǒng)；圖2是一個圖表，示出了一個市場中的氣墊的性能；圖3是一個圖表，示出了影響主板的地面振動；圖4示出了一個改進(jìn)型氣墊的系統(tǒng)；圖5是一個圖表，示出了一個具有控制器的改進(jìn)型系統(tǒng)的開環(huán)性能；圖6是一個圖表，示出了一個改進(jìn)型氣墊系統(tǒng)的性能提高；
圖7是一個圖表，示出了對地面振動的靈敏程度；圖8是一個圖表，示出了一個傳統(tǒng)系統(tǒng)對于1[N]脈沖的響應(yīng)；圖9是一個圖表，示出了一個改進(jìn)系統(tǒng)對于1[N]脈沖的響應(yīng)；圖10是一個圖表，示出了在功率下降后，啟動一個改進(jìn)系統(tǒng)所需要多長的時間；圖11示出了作為相同的相應(yīng)距離的勢能動能的總和；圖12示出了通過使用微分濾波器，該系統(tǒng)在中頻范圍內(nèi)的性能提高；圖13示出了在一個改進(jìn)系統(tǒng)中的主板上，響應(yīng)作用力的一個閉合回路系統(tǒng)；圖14示出了一個改進(jìn)系統(tǒng)的地面振動的響應(yīng)；圖15示出了在一個改進(jìn)系統(tǒng)中的主板上，對于一個脈沖的時間響應(yīng)；圖16示出了在一個改進(jìn)系統(tǒng)中，主板對于參考物體上一個脈沖的響應(yīng)；圖17示出了在一個改進(jìn)系統(tǒng)中，由作用在參考物體上的力所造成的主板運動的一個頻率響應(yīng)函數(shù)；圖18示出了圖16中的能量表的衰減速率；圖19示出了本發(fā)明的一個減振器，它的激勵器與傳感器相互垂直放置；圖20示出了本發(fā)明的一個減振器，它的激勵器與傳感器相互垂直放置，從而使用磁防護(hù)罩；圖21示出了本發(fā)明的一個絕對減振器，它帶有一個浮動物體；和圖22示出了一個主動減振器的示意圖可以采用控制論中的增益和相位關(guān)系描述一個主動隔離/消除系統(tǒng)的性能的局限性。
圖1示出了一個系統(tǒng)100的原理圖，該系統(tǒng)闡明了一個基本減振原理。原理圖100包括一個大約1000[kg]的主板102，一個地面減振器104，一個剛性(也稱為地彈簧)106和一個地面108。主板102和地面108通過剛體106和減振器104相互連接。剛體106的硬度足夠大以致其提供1Hz的諧振頻率。減振器104的值通常設(shè)為可以使整個系統(tǒng)100被臨界減振。這樣的一個系統(tǒng)的力靈敏度在圖2中示出。
在較低的頻率中，一個1[N]的力將給出小于1[mm/s2]的振動。在大于1[Hz]時，振動幅度將是一個恒量1[mm/s2]。從目前市場上的產(chǎn)品來看，這是合理的氣墊的性能。然而很多公司解釋它并沒有達(dá)到足夠好的程度。干擾經(jīng)常大于1[N]，并且平版印刷機(jī)和電子光學(xué)機(jī)器需要一個比目前技術(shù)所能提供的更小的振動水平。
振動的一個主要錯誤源為地面。地面振動通過地面減振器和地彈簧影響了主板。該影響如圖3所示。一個10[Hz]的10微米的地面振動將造成一個10e-6[m]*500[1/s2]＝5[mm/s2]的主板振動。
圖4示出了包括一個改進(jìn)型氣墊的一個系統(tǒng)400。它包括一個從主板402連接到一個參考物體422的附加傳感器430，和在主板402和地面408之間的一個激勵器410。該系統(tǒng)的其它部分包括一個地面減振器404，剛體406，另一個減振器424和另一個剛體426。如果傳感器430檢測到運動，則命令激勵器410以便減小運動。這實際上作為一個額外的減振器。參考物體422有效地起指示主板何時向傳感器移動的裝置，由此在傳感器中產(chǎn)生一個信號。
從以前的機(jī)電減振器的經(jīng)驗可以得知，可以實現(xiàn)1e6[Ns/m]的性能。在一個典型的但不是排除性的實施例中，在0.5[Hz]支撐參考物體。該電子附件需要一個控制器來實現(xiàn)一個具有高增益的穩(wěn)定系統(tǒng)。圖5示出了帶有控制器的新系統(tǒng)的一個可能的開環(huán)性能。這并不是讓它工作的唯一方法；這僅僅是一個例子。因為負(fù)載是一個4級系統(tǒng)(激勵器連接在第一個物體上，傳感器連接在第二個物體上)，則期望產(chǎn)生總量為360度的相移。在低頻下，剛體占主導(dǎo)，結(jié)合速度傳感器的微商作用，在低頻下提供了有+270度相移的一個+3的斜率。然后，可以發(fā)現(xiàn)諧振的兩個點結(jié)束于一個-1的斜率并有-90度的相位。通過在+3的斜率上加入一個雙局部滯后導(dǎo)線的濾波器，可以獲得一個穩(wěn)定的系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許一個大幅度增益。在圖5中可以看到，采用了一個5e7的尖峰增益。在右邊，是一個開環(huán)傳遞函數(shù)的極坐標(biāo)圖。Nyquist-1點被一個半徑為0.5的紅色圓圈所圍繞，該圓圈指明了最小的穩(wěn)定邊界。綠色圓圈的半徑為 ，這是一個適合于減振時域響應(yīng)的距離。
在氣墊系統(tǒng)中的性能提高是很重要的(如圖6)。在低頻下，開始是相同的。這是因為在該處的性能是由地彈簧的剛性所主導(dǎo)的，其保持一致。但是傳統(tǒng)的減振器在1[Hz]開始升高，而新減振器在0.003[Hz]開始升高。在1[Hz]，振動級別為1[nm/s2](提高了1e6倍)。性能持續(xù)顯著地提高并超過1000[Hz]。在1000[Hz]，仍然有因數(shù)為1000的提高。
圖7是一個圖表，對示出了地面振動的靈敏程度。圖7示出了在一個很寬的頻率范圍內(nèi)，衰減比傳統(tǒng)方法要優(yōu)越幾個數(shù)量級。
由于新方法的低頻特性，它會有一個比傳統(tǒng)方法中更長的穩(wěn)定行為。在圖8中可以看到，傳統(tǒng)方法針對在仿真開始后的0.1[s]時給出的0.1[s]長度的1[N]脈沖的響應(yīng)。圖9是新系統(tǒng)針對相同脈沖的響應(yīng)。
主動系統(tǒng)的響應(yīng)有小于大約1500倍的振幅，和大于300倍的時間比例。這兩個數(shù)字對于我們所希望的低加速級別是有益的，而其原因在于涉及在斷電之后啟動系統(tǒng)需要多長時間。一個類似的關(guān)心是系統(tǒng)如何響應(yīng)參考物體的干擾。為了研究它，在圖10中也同樣對參考物體執(zhí)行(大的)1[N]，0.1[s]脈沖。由于設(shè)置系統(tǒng)以便積極跟隨參考物體的，因此產(chǎn)生一個很大的主板響應(yīng)。事實上，這些很大的力從沒有加在參考物體上，但是它對于理解一旦參考物體開始移動(例如由于喚醒振動)則它會持續(xù)長時間振動是很重要的。
在圖10中，我們可以看到漸漸衰減的參考物體的移動的信號。我們能夠嘗試尋找到一個檢測該衰減的速度的表達(dá)式。可以通過能量分析得到它。能夠?qū)⑹Ｓ嗾駝幼鳛槲矬w、減振器和彈簧系統(tǒng)模擬。然后，給出這些參數(shù)，我們可以計算勢能(0.5kx2)和動能(0.5mv2)的和。該和可以表示為一個相等的對應(yīng)距離((0.5x2)+0.5mv2/k)).]]>該距離如圖11所示。我們看到，在1200秒的末端，在靜止之前仍然有一個實質(zhì)距離要進(jìn)行(0.1[m])。此外，下降速率很慢。
由于參考物體的狀態(tài)在啟動時必須假設(shè)為未知狀態(tài)，因此上述的緩慢接近靜止的方法是有缺點的。在控制器上的改變能夠改善此性能。首先，參考物體的諧振頻率上升至10[Hz]。這會將大部分抑制移至高頻。結(jié)果，在低頻就有較少的運行，從而提高低頻的恢復(fù)。結(jié)合剛性的增加，整個增益也降低了。該目的是在降低低頻抑制的同時維持高頻抑制。作為第三種測量，開環(huán)曲線到-1點的距離增加了。這種增加會在閉環(huán)響應(yīng)中引入更多的減振。為了增加中間頻率范圍，將一個微分濾波器放置在5[Hz]，將一個積分濾波器放置在50[Hz]。見圖12。
在圖13中，我們發(fā)現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)對于在主板上的力的響應(yīng)，圖14有地面振動的響應(yīng)。
以上系統(tǒng)的性能更加適度，但是相對于無源系統(tǒng)，仍然(在1到100[Hz]范圍內(nèi))有更好的因數(shù)10。從8到16Hz，一個10微米的地面振動會造成小于0.01[mm/s2]的主板振動。在1[Hz]，最差點仍然有0.1[mm/s2]的良好數(shù)值。該數(shù)值比無源方法好5倍。在圖15中，示出了對于主板上的一個脈沖的時間響應(yīng)。與無源系統(tǒng)相比，抑制好15倍，6秒的穩(wěn)定時間比其長4倍并有大于1.5倍的周期。合并起來，其加速度有14*(4/1.5)^2＝100倍的降低。
在圖16中，示出了主板對于參考物體上一個脈沖的響應(yīng)。這里，響應(yīng)時間似乎合理。性能更好的原因在圖17中得到部分的解釋。
圖17是由參考物體上的力引起的主板運動的頻率響應(yīng)函數(shù)。我們看到從0.2[Hz]向前的一條直線，指明了在大于該頻率時，主板很好地受控于參考物體線(1/10[kg]，并與造成位移的力有-180度的相移)。在0.2[Hz]附近，我們幾乎看不到任何峰值，系統(tǒng)被很好的減振。在0.2[Hz]以下，系統(tǒng)有一個+3斜率。這意味著系統(tǒng)對于小于0.2[Hz]的頻率極度的不敏感。在0.2[Hz]以下，參考物體與地面參考相通。這意味著，基于減振的數(shù)量，將期望等待5秒種用于穩(wěn)定。如果減振的能力很弱，則該時間很容易變成50秒，但是在我們的系統(tǒng)中，該系統(tǒng)被構(gòu)成有足夠的減振能力，可以在第一個5秒之后使能量減少90％。經(jīng)過5秒后，我們不再看到振動，而是有一個指數(shù)衰減，這說明我們的系統(tǒng)不是一個簡單的二級系統(tǒng)，是不同部分的集合，每個部分都有其自己的減振性能。
我們也可以看到在圖16的圖表中的能量的衰減速率。該速率在圖18中給出。我們看到，從9[s]到15[s]，剩余距離呈直線減少，從2e-4到2e-5[m]。因此每隔6秒，振動級別減少因數(shù)10。這對于大多數(shù)功率上升順序來說是足夠快了。
所推薦的氣墊相對于無源氣墊好很多。性能是在功率上升速度和減振性能之間進(jìn)行折衷。一個實際設(shè)計，帶有一個10[Hz]參考支撐和相對高頻濾波器(接近0.5[Hz]而不是0.002[Hz])，并且沒有任何積分器，該應(yīng)用似乎可以對氣墊提供一個好的結(jié)果。本發(fā)明可以造成更好的結(jié)果。某些控制項能夠更加優(yōu)化。這就可能在啟動時使用最近的控制器，并且一旦系統(tǒng)穩(wěn)定并靜止，就會切換至一個高性能的控制器。這就可以提供更好的結(jié)果。
無源系統(tǒng)在主板和地面之間的剛性不再起到重要作用并且能夠被松弛。減振器能夠被完全抵消。在性能表中，我們看到在2[Hz]的氣墊諧振附近沒有任何改變。取消減振器減小了從地面振動到主板的傳送。改變剛性不會影響該力靈敏度，但是它會影響地面的傳送性。
參考物體的質(zhì)量并不重要，重要的是諧振頻率，這是由于諧振頻率決定了在什么地方有最大的改善。
參考物體的機(jī)械減振越低，它的可移動性就越強(qiáng)，并且產(chǎn)生的感應(yīng)信號也就越多。這就是為什么在圖6和7中，在0.5[Hz]處有一個下降。
可預(yù)見的應(yīng)用中的具體調(diào)諧是對有效負(fù)載(剛體模型)的質(zhì)量和剛性進(jìn)行調(diào)諧，和對前饋信號進(jìn)行調(diào)諧。去掉減振器之間的串?dāng)_是與調(diào)諧前饋信號相同的過程。
圖19示出了一個減振器的框圖，包括一個激勵器1910，它與一對傳感器線圈1920垂直放置。激勵器1910和傳感器1920連接在要減振的物體1930上。通過將激勵器1910和傳感器1920相互垂直放置，可以使不想要的串?dāng)_(例如，在激勵器和傳感器都是Lorenz型線圈時的EM串?dāng)_)最小，這是由于傳感器和激勵器線圈的EM場的矢量相互是90度，并由此它們不能看到彼此的EM場。
圖20示出了一個與圖19類似的框圖，但是其中使用了一個附加的磁串?dāng)_防范措施。圖20包括一個減振器，一個要減振的物體2030和一個磁防護(hù)罩2040，該減振器有一個激勵器2010，該激勵器與一對傳感器2020垂直放置。磁防護(hù)罩包括一個μ金屬的材料，并且典型地放置在作為傳感器2020的一部分的傳感器線圈周圍。該磁防護(hù)罩還能有一個導(dǎo)體層，用來使來自激勵器或者周圍環(huán)境的EM串?dāng)_最小。該磁防護(hù)罩還有質(zhì)量和剛性，以削弱來自周圍環(huán)境的聲學(xué)干擾。
圖21示出了本發(fā)明的一個絕對減振器，它帶有一個浮動參考物體。圖21包括一個激勵器線圈2110，一個激勵器磁鐵2150，它放置在連接在地面2170的臂2160上，一個要減振的物體2130，其上面放置了傳感器線圈2120并且在其上磁鐵配件2180通過彈簧2190與之相連。磁鐵配件2180包括一個參考物體和一個傳感器磁鐵。磁鐵配件2180還可以包括一個磁防護(hù)罩和一個電子防護(hù)罩，用來保護(hù)傳感器(包括線圈2120和傳感器磁鐵)免受激勵器(包括激勵器線圈2110和激勵器磁鐵2150)干擾和其它外部的電子或磁性干擾。
圖22示出了一個主動減振器的示意性圖。圖22包括一個傳感器線圈2220，一個激勵器線圈2210，一個傳感器磁鐵2280，一個激勵器磁鐵2250，一個要減振的物體2230和一個電子控制器2295。磁鐵2250連接在地面2270上。磁鐵2280連接在一個參考物體上。線圈2210和2220以剛性方式連接在要減振的物體2230上。傳感器線圈2220在相對于傳感器磁鐵2280運動時生成一個電子信號I-s。在該主動減振器的例子中，電子控制器包括一個低通濾波器放大器和一個高通濾波器放大器，信號I-s饋送給該高通濾波器放大器。此外還有許多其它類型的電子控制器能夠用于本發(fā)明。多個放大器的輸出被相加并生成電子信號I-a。放大器和濾波器參數(shù)能夠根據(jù)主動減振器所在系統(tǒng)的參數(shù)被調(diào)節(jié)和計算。電子信號I-a會引起激勵器線圈2210相對于激勵器磁鐵2250運動。主動減振器在一個期望頻譜范圍內(nèi)能夠隔離振動并且消除該振動，并且有一個期望的減振特性，此時說明該主動減振器被適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)。盡管圖22所示的減振器是一種相對類型，但是絕大多數(shù)電子控制器都能用于絕對減振器。
權(quán)利要求
1.一個減振器系統(tǒng)，包括一個傳感器(2120，2220)，能夠測量機(jī)械振動并且能夠產(chǎn)生一個由振動引起的電子輸入信號，并且該傳感器被設(shè)計成安置在一個物體和參考物體之間；一個電子控制器，響應(yīng)電子輸入信號并產(chǎn)生一個電子輸出信號；和一個激勵器(2110，2210)，響應(yīng)該電子輸出信號，并由此在所述物體和外部物體間產(chǎn)生一個力；其中傳感器和激勵器彼此放置很近，由此具有基本上很小的延時；其中該延時基本包括激勵器和傳感器回路中的聲信號延時和電信號延時的總和。
2.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中傳感器包括一個帶有磁鐵對的Lorenz型線圈，和激勵器包括一個帶有磁鐵對的Lorenz型線圈。
3.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中傳感器的作用線與激勵器的作用線一致。
4.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括一個聲學(xué)防護(hù)罩，它被放置成使聲波在到達(dá)傳感器的參考物體之前基本上被衰減。
5.權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中線圈被放置成使它們的磁場基本垂直。
6.權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中多個傳感器線圈被放置成可以通過傳感器信號的加或減，基本上消除來自激勵器線圈和外部干擾源中的至少一個的磁場干擾。
7.權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，還包括一個磁防護(hù)罩(2040)，其被放置成基本上衰減由激勵器引發(fā)的EM場。
8.權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，還包括一個電子防護(hù)罩，其被放置成基本上衰減由激勵器引發(fā)的EM場。
9.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中延時小于約1毫秒。
10.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中延時小于約500微秒。
11.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中延時小于約50微秒。
12.一種設(shè)備，包括一個位于要減振的物體和地面或者另外一個物體之間的主動振動隔離和消除絕對減振器，該另外一個物體是作為反作用力的接受者，減振器包括一個傳感器(2120，2220)，能夠測量機(jī)械振動并且能夠生成一個由振動引起的電子輸入信號，其中該傳感器被設(shè)計成位于該設(shè)備和一個外部物體之間；一個電子控制器，響應(yīng)該電子輸入信號并生成一個電子輸出信號；和一個激勵器(2110，2210)，響應(yīng)該電子輸出信號并由此在要減振的物體和地面或者另外一個物體之間生成一個力，該另外一個物體是作為反作用力的接受者；其中傳感器和激勵器彼此放置很近，由此在傳感器和激勵器之間的聲延時基本很??；其中該延時基本包括激勵器和傳感器回路中的聲信號延時和電信號延時的總和。
13.權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中傳感器包括一個Lorenz型線圈，激勵器包括一個Lorenz型線圈。
14.權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中傳感器的作用線與激勵器的作用線一致。
15.權(quán)利要求12所述的設(shè)備，還包括一個聲學(xué)防護(hù)罩，其被放置成使聲波在到達(dá)傳感器之前基本上被衰減。
16.權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中線圈被放置成使它們的磁場基本垂直。
17.權(quán)利要求13所述的設(shè)備，還包括一個磁防護(hù)罩，其放置成基本上衰減由激勵器引發(fā)的EM場。
18.權(quán)利要求13所述的設(shè)備，還包括一個電子防護(hù)罩，其放置成基本上衰減由激勵器引發(fā)的EM場。
19.權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中延時小于約1毫秒。
20.權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中延時小于約500微秒。
21.權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中延時小于約50微秒。
22.一種主動對振動物體進(jìn)行減振的方法，該方法包括使用一個傳感器(2120，2220)測量機(jī)械振動；生成一個由振動引起的電子輸入信號，其中傳感器被設(shè)計成位于該振動物體和一個參考物體之間；使用一個響應(yīng)該電子輸入信號并生成一個電子輸出信號的電子控制器；使用一個激勵器(2110，2210)，其響應(yīng)該電子輸出信號并由此在振動物體和一個外部物體之間生成一個力；使用傳感器和激勵器，它們彼此放置很近，使得延時基本很??；其中該延時基本包括激勵器和傳感器回路中的聲信號延時和電信號延時的總和。
23.權(quán)利要求22所述的方法，其中延時小于約1毫秒。
24.權(quán)利要求22所述的方法，其中延時小于約500微秒。
25.權(quán)利要求22所述的方法，其中延時小于約50微秒。
26.權(quán)利要求22所述的方法，其中傳感器包括一個帶有磁鐵對的Lorenz型線圈，和激勵器包括一個帶有磁鐵對的Lorenz型線圈。
27.權(quán)利要求22所述的方法，其中傳感器的作用線與激勵器的作用線一致。
28.權(quán)利要求26所述的方法，其中線圈被放置成使它們的磁場基本垂直。
29.權(quán)利要求26所述的方法，其中多個傳感器線圈被放置成通過傳感器信號的加或減，基本上消除來自激勵器線圈和外部干擾源中的至少一個的磁場干擾。
30.一種用于控制一個物體相對于一個參考物體的運動的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包括一個傳感器(2120，2220)，用于提供一個表示該運動的傳感器信號；一個控制器，用于基于該傳感器信號提供一個控制信號；一個激勵器(2110，2210)，用于在該控制信號的控制下影響該運動；傳感器和激勵器彼此放置很近，使得表征運動控制的延時時間小于1毫秒，并且基本上僅僅依賴于傳感器和激勵器之間的聲耦合。
31.權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中延時小于500毫秒。
32.權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中延時小于50毫秒。
33.權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，用于集成電路的制造。
34.權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，用于對運動進(jìn)行減振。
35.權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中傳感器包括一個帶有磁鐵對的Lorenz型線圈，和激勵器包括一個帶有磁鐵對的Lorenz型線圈。
36.權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中傳感器的作用線與激勵器的作用線一致。
37.權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中線圈被放置成使它們的磁場基本垂直。
38.權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中多個傳感器線圈被放置成通過傳感器信號的加或減，基本上消除來自激勵器線圈和外部干擾源中的至少一個的磁場干擾。
全文摘要
一個減振器系統(tǒng)400包括一個傳感器430，一個電子控制器2295和一個激勵器410。傳感器430測量機(jī)械振動并產(chǎn)生一個由振動引起的電子輸入信號。傳感器430位于一個物體和一個參考物體422之間。電子控制器2295響應(yīng)該電子輸入信號，生成一個電子輸出信號。激勵器410響應(yīng)該電子輸出信號，在所述物體和一個外部物體之間產(chǎn)生一個力。傳感器430和激勵器410位于適當(dāng)?shù)奈恢?，以便減少延時，該延時包括激勵器410和傳感回器路中的聲信號延時和電信號延時的總和。
文檔編號F16F15/03GK1685168SQ03822896
公開日2005年10月19日 申請日期2003年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月27日
發(fā)明者T·P·H·瓦梅達(dá)姆 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司