本發(fā)明屬于儀器減振領域，具體涉及一種雙層主動控制減振裝置和方法。

背景技術：

現(xiàn)有的主動式陀螺穩(wěn)定平臺見美國專利us5922039、us52227806、us4156241和中國專利cn1305091a、cn2833206yzl94218035.6。這些專利均利用傳感器輸出反映載體姿態(tài)及其變化率的信號，經(jīng)微處理器解算后，控制驅(qū)動裝置保持平臺姿態(tài)不變，實現(xiàn)對平臺的穩(wěn)定控制。上述專利并未對動態(tài)振動進行隔離或者減弱。

現(xiàn)有的陀螺減振平臺分為被動式和主動式，其中被動式見cn201210048107.4。其中，一種空間對角減振的光纖陀螺imu臺體（專利號：cn201210048107.4）設計了一種空間六面結(jié)構(gòu)平臺，在平臺臺體的空間對角布局了四個t型橡膠減振器安裝支腿，使得光纖陀螺捷聯(lián)系統(tǒng)imu在振動條件下具由各向同性動力學響應特征。該專利采用被動減振的手段實現(xiàn)了臺體空間多維的減振效果，通過對臺體的結(jié)構(gòu)設計提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使得x、y、z各向具有相同的減振性能。但該專利未能考慮在實際應用情況中，來自不同方向的振動其劇烈程度不同，無法實現(xiàn)有針對性地減振。

一種具有高抗振性能的光纖陀螺慣性測量系統(tǒng)（專利號：cn200510074856.4）和一種基于三軸一體高精度光纖陀螺的車載動態(tài)定位定向儀（專利號：cn201210114243.9）設計了一種高抗振的光纖陀螺慣性測量系統(tǒng)，采用薄壁加筋結(jié)構(gòu)和一體化模塊結(jié)構(gòu)，提高整體抗振性能。

其中主動式減振平臺相關專利包括中國專利cn201180045964.2和cn200810201311.9。主動減振裝置、車輛、主動減振裝置的控制方法（專利號：cn201180045964.2）利用輔助質(zhì)量反力來抑制與起振源的起振頻率成分相應的減振對象的振動，未涉及到多維度多方向的減振與隔振。主動減振隔振裝置及主動減振隔振系統(tǒng)（專利號：cn200810201311.9）采用密封活塞氣腔和直線驅(qū)動實現(xiàn)對負載六自由度振動的主動控制，利用可調(diào)節(jié)氣壓實現(xiàn)隔振效果。雖然該專利可實現(xiàn)六自由度振動，卻只能利用空氣進行隔振主動控制，多路氣閥將導致裝置復雜，實用性差。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是：提供一種雙層主動控制減振裝置和方法，能夠提高減振效果。

本發(fā)明為解決上述技術問題所采取的技術方案為：一種雙層主動控制減振裝置，其特征在于：它包括由外到內(nèi)依次嵌套的密封箱、外盒和內(nèi)盒，其中內(nèi)盒用于放置待減振物體，內(nèi)盒與外盒之間設有被動減振器，外盒上設有三個維度的加速度傳感器；密封箱內(nèi)設有轉(zhuǎn)軸，所述的外盒與轉(zhuǎn)軸連接使得外盒能夠繞轉(zhuǎn)軸擺動；外盒與密封箱之間充滿流體主動減振材料，密封箱上設有極板；

本裝置還包括微處理器和控制電源；加速度傳感器、微處理器、控制電源和極板依次電連接。

按上述方案，所述的流體主動減振材料為磁流變材料或電流變材料。

按上述方案，所述的三個維度為正交坐標系的x軸、y軸和z軸，其中z軸與外盒的底面垂直，x軸和y軸分別與外盒的側(cè)面垂直。

按上述方案，所述的內(nèi)盒設有頂面、底面和側(cè)面，其中內(nèi)盒的底面和側(cè)面分別與外盒之間設有多個被動減振器。

利用所述的雙層主動控制減振裝置實現(xiàn)的減振方法，其特征在于：它包括以下步驟：

s1、根據(jù)使用環(huán)境需要，安裝所述的雙層主動控制減振裝置，使得外盒繞轉(zhuǎn)軸擺動的方向為所需要特定關注的方向；

s2、利用加速度傳感器實時采集外盒在多個維度的振動信號；

s3、分析振動信號，判斷各維度方向的振動強度和頻域特性；

s4、依據(jù)預設的待減振物體及使用環(huán)境的標準，評定振動狀態(tài)，確立流體主動減振材料的最優(yōu)控制參數(shù)；

s5、將最優(yōu)控制參數(shù)輸出至電極，調(diào)節(jié)流體主動減振材料的剛度和阻尼。

本發(fā)明的有益效果為：利用雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層通過傳統(tǒng)的被動減振裝置保證整個系統(tǒng)多維的減振效果，外層通過流體主動減振材料和加速度傳感器采集數(shù)據(jù)進行反饋控制的方法，對重點維度（即外盒繞轉(zhuǎn)軸擺動方向）進行主動減振隔振，從而提高減振效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明一實施例的方法流程圖。

圖中：1-密封箱，2-流體主動減振材料，3-外盒，4-內(nèi)盒，5-被動減振器，6-加速度傳感器，7-轉(zhuǎn)軸，8-極板，9-微處理器，10-控制電源。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實例和附圖對本發(fā)明做進一步說明。

橋梁結(jié)構(gòu)的線形可以反演出結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化，不但直觀而且易于處理，是評估橋梁安全的重要指標之一。目前，橋梁結(jié)構(gòu)線形測量的常用方法是使用水準儀或全站儀等工程測量儀器測量橋梁的多個離散點的高程，然后再通過擬合測量數(shù)據(jù)[2]以實現(xiàn)對橋梁結(jié)構(gòu)的線形測量。然而這類采用人工觀測的“點式”測量方法，不但測量效率非常低、測量周期非常長，更是難以準確捕捉到撓度形變的具體位置，尤其是位于未布點的潛在病害，常常會因為被擬合的線形所淹沒，進而帶來較大的安全隱患，現(xiàn)有的測量手段難以滿足對橋梁結(jié)構(gòu)線形檢測的要求。橋梁線形測量的特點是對于線形的跨中的下?lián)现稻纫蠓浅８撸柽_到毫米量級。

光纖陀螺是慣性導航系統(tǒng)中重要的組成部件，主要測量空間物體運動的角速度。車載光纖陀螺線形測量系統(tǒng)利用光纖陀螺測得車姿俯仰角和航向角，基于這兩個方向的角速度迭代計算得到車體行駛軌跡，進面重構(gòu)所測路面線形。其中，由于橋梁線形測量的特殊性，測量對象的上下起伏線形為重點關注維度。

在線形測量過程中，由于道路的不平整以及載體的振動，不可避免地會引起車載線形測量系統(tǒng)的振動，這些振動會通過影響對角速度的測量，進而影響到上下起伏線形的測量精度。

車載儀器的沖擊與振動來源復雜，例如路面平整度、路面障礙、汽車懸架系統(tǒng)和車速波動均對車載儀器產(chǎn)生沖擊和干擾，嚴重影響儀器的穩(wěn)定性。并且這些振動包含多個維度方向，對車載線形測量系統(tǒng)的產(chǎn)生多維度的干擾。傳統(tǒng)車載儀器減振方法主要采納被動減振法，減振裝置的設計一般涵蓋多種復雜路況和車況導致的多方向振動，缺乏對振動的維度方向針對性和主動性，減振效果往往不是很理想。

基于光纖陀螺的線形測量系統(tǒng)振動需要捕捉車姿俯仰角和航向角來重構(gòu)測量對象線形。實驗發(fā)現(xiàn)來自x、y、z三個方向的振動均會影響系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的采集，造成測量精度下降。不同方向的振動對結(jié)果的影響程度不同，而傳統(tǒng)的光纖陀螺減振方法和裝置對不同方向的振動一般采取相同的設計，既沒有考慮不同方向振動的具體影響方式，也未對不同方向振動應用不同的減振方法，因此測量精度難以得到突破。若能在傳統(tǒng)減振方法的基礎上，針對特定方向的振動應用減振效果更好的新型主動控制減振技術，將會實現(xiàn)測量精度的一次巨大提升。

基于上述理論分析，為了提高線形測量的精度，本發(fā)明設計出雙層主動控制減振裝置和方法進行減振隔振。

本發(fā)明提供一種雙層主動控制減振裝置，如圖1所示，它包括由外到內(nèi)依次嵌套的密封箱1、外盒3和內(nèi)盒4，其中內(nèi)盒4用于放置待減振物體，內(nèi)盒4與外盒3之間設有被動減振器5，外盒3上設有三個維度的加速度傳感器6；密封箱1內(nèi)設有轉(zhuǎn)軸7，所述的外盒3與轉(zhuǎn)軸7連接使得外盒3能夠繞轉(zhuǎn)軸7擺動；外盒3與密封箱1之間充滿流體主動減振材料2，密封箱1上設有極板8；本裝置還包括微處理器9和控制電源10；加速度傳感器6、微處理器9、控制電源10和極板8依次電連接。

所述的流體主動減振材料2為磁流變材料或電流變材料。當流體主動減振材料為磁流變材料時，所述的極板8為帶有勵磁線圈的極板；微處理器9分析振動信號，解算出磁流變材料的最優(yōu)控制參數(shù)，輸出控制信號給控制電源10，由控制電源10輸出控制電流傳到極板8；在極板8接受控制電流后，通過控制電流強度改變兩極板8間的磁場強度，從而控制磁流變材料的粘度，抑制外盒3圍繞固定轉(zhuǎn)軸7的轉(zhuǎn)動。當流體主動減振材料為電流變材料時，所述的極板8為電極板；微處理器9分析振動信號，解算出電流變材料的最優(yōu)控制參數(shù)，輸出控制信號給控制電源10，由控制電源10輸出控制電流傳到電極板。在電極板接受控制電流后，通過控制電流強度改變兩電極板間的電場強度，從而控制電流變材料的粘度，抑制外盒3圍繞固定轉(zhuǎn)軸7的轉(zhuǎn)動。

所述的三個維度為正交坐標系的x軸、y軸和z軸，其中z軸與外盒的底面垂直，x軸和y軸分別與外盒的側(cè)面垂直。所述的內(nèi)盒設有頂面、底面和側(cè)面，其中內(nèi)盒的底面和側(cè)面分別與外盒之間設有多個被動減振器。被動減振器為彈性體，例如橡膠、彈簧等。

利用所述的雙層主動控制減振裝置實現(xiàn)的減振方法，如圖2所示，它包括以下步驟：

s1、根據(jù)使用環(huán)境需要，安裝所述的雙層主動控制減振裝置，使得外盒繞轉(zhuǎn)軸擺動的方向為所需要特定關注的方向；

s2、利用加速度傳感器實時采集外盒在多個維度的振動信號；

s3、分析振動信號，判斷各維度方向的振動強度和頻域特性；（由于外盒的運動是擺動，傳感器測的是線振動，一個擺動與多個線振動有關系。因此在對擺動做減振處理的時候，需要對多個線振動進行分析）

s4、依據(jù)預設的待減振物體及使用環(huán)境的標準，評定振動狀態(tài)，確立流體主動減振材料的最優(yōu)控制參數(shù)；

s5、將最優(yōu)控制參數(shù)輸出至電極，調(diào)節(jié)流體主動減振材料的剛度和阻尼。

本實施例中，待減振物體為車載光纖陀螺線形測量系統(tǒng)的光纖陀螺，外盒3繞轉(zhuǎn)軸7擺動的方向即所需要特定關注的方向為橫向擺動，以汽車行駛方向為前后，橫向指的是車的左右方向。

本發(fā)明在應用被動減振裝置對內(nèi)盒進行初步減振的同時，實時采集x、y、z三個方向的振動加速度信號并反饋給微處理器，通過微處理器分析內(nèi)盒的整體振動狀態(tài)，計算篩選最優(yōu)減振方案，調(diào)節(jié)主動控制減振器，針對特定方向的減振進行調(diào)整，達到實時適應環(huán)境振動干擾，以及主動減輕某方向振動的效果，以滿足車載光纖陀螺線形測量系統(tǒng)的特殊隔振要求。

以上實施例僅用于說明本發(fā)明的設計思想和特點，其目的在于使本領域內(nèi)的技術人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，本發(fā)明的保護范圍不限于上述實施例。所以，凡依據(jù)本發(fā)明所揭示的原理、設計思路所作的等同變化或修飾，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。