一种角度振动控制系统

1.本发明涉及仪器设备领域，特别是涉及一种角度振动控制系统。

背景技术：

2.在同步辐射、自由电子激光、长程激光等大科学装置中，微小的角度抖动都会由于长距离的传输而被放大，因此，该类装置对关键光学元件的角度稳定性具有非常高的要求。为提高整个装置或者系统的稳定性，一方面尽量将该装置建设在环境振动较小的区域，比如地下室，地下，或者隔振平台上；另一方面是通过降低振动激励和减小振动响应来实现，例如设计高稳定性的角度调节机构以提高固有模态频率，再例如采用合适阻尼的结构材料以降低角度振动响应等。

技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要提供一种角度振动控制系统，以降低角度振动对装置或者系统稳定性的影响。
4.为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种角度振动控制系统，包括：固定部，其上固定有光学部；底座，与所述固定部活动连接；驱动器，设于所述底座上，且与所述固定部连接；传感器，与所述驱动器通信连接，用于采集所述底座的角度振动信号以获取驱动信号；所述驱动器接收所述驱动信号以调节所述固定部与底座的相对角度。
5.在本发明较佳的实施方式中，所述传感器的类型包括速度传感器或加速度传感器；所述传感器包括同类型的第一传感器和第二传感器，设于所述底座上，分别采集所述底座的振动方向的第一传感信号和第二传感信号，并基于所述第一传感信号和第二传感信号的差值获取所述驱动信号。
6.在本发明较佳的实施方式中，所述系统还包括基准部，所述传感器包括至少两个位移传感器，设于所述基准部上，用于测量所述基准部与所述底座的相对位移，并基于所述相对位移的差值获取所述驱动信号。
7.在本发明较佳的实施方式中，所述系统包括连接器，用于活动连接所述固定部和底座，以使所述固定部与所述光学部在预设旋转轴上角度可调节。
8.在本发明较佳的实施方式中，所述连接器包括：柔性铰链、轴承或悬臂梁。
9.在本发明较佳的实施方式中，所述固定部上设有驱动器连接杆，所述驱动器一端与所述底座固定连接，另一端与所述驱动连接杆连接；所述驱动器接收到所述驱动信号后通过所述驱动连接杆带动所述固定部运动以调节所述固定部与底座的相对角度。
10.在本发明较佳的实施方式中，所述驱动器包括：压电型直线电机或音圈电机。
11.在本发明较佳的实施方式中，所述固定部包括夹持机构，用于固定所述光学部。
12.在本发明较佳的实施方式中，所述固定部、底座和连接器为一体式结构。
13.在本发明较佳的实施方式中，所述位移传感器包括：激光干涉仪或电容式位移传感器。
14.如上所述，本发明涉及的角度振动控制系统，具有以下有益效果：通过传感器采集所述底座的角度振动信号以获取驱动信号；将驱动信号发送至设于所述底座上的驱动器，进而通过所述驱动器调节所述固定部与底座的相对角度，实现对光学部的角度振动的主动控制，提高装置及系统的角度稳定性。所述系统应用与大科学装置对提高科学实验的准确性和实验结果的可靠性具有重大意义。并且，本系统的结构简单、成本低廉，便于推广使用。
附图说明
15.图1显示为本发明一实施例的一种基于速度反馈的角度振动控制系统的结构示意图。
16.图2显示为本发明一实施例的一种基于位移反馈的角度振动控制系统的结构示意图。
具体实施方式
17.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点及功效。
18.须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的的情况下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本发明的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本发明。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
19.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固持”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
20.再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其它特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“a、b或c”或者“a、b和/或c”意味着“以下任一个：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a、b和c”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
21.本发明提供一种角度振动控制系统，通过主动补偿来抑制光学元件的角度振动带来的影响，从而提高装置或系统的角度振动稳定性。
22.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，通过下述实施例并结合附
图，对本发明实施例中的技术方案作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
23.如图1所示，本发明实施例提供一种角度振动控制系统的结构示意图，该系统包括：光学部11(光学元件)、固定部12(光学元件放置台)、底座13、驱动器14和传感器15(振动传感器)。其中，光学元件放置台12上固定有光学元件11；底座13与光学元件放置台12活动连接；驱动器14设于所述底座13上，且与光学元件放置台12连接；传感器15与所述驱动器14通信连接，用于采集所述底座13的角度振动信号以获取驱动信号；所述驱动器14接收所述驱动信号以调节光学元件放置台12与底座13的相对角度。
24.具体的，光学部11可以是透镜、棱镜、反射镜、分划板、滤光片、光栅、光学纤维件、全息透镜、梯度折射率透镜等等，在不同的应用设备上，需要进行角度稳定性调节的光学元件并不相同。图1中的光学部11为长方体结构，需说明的是，其仅为一种示例性形状，并不用于限定光学部的形状结构，同样该图也不限定固定部12、底座13等系统部件的形状。
25.固定部12用于对光学部11进行固定，其固定方式可以是夹持固定、螺纹固定、粘接固定、焊接固定、卡扣固定、销固定、滑动固定等等。其中，优选夹持固定，被夹持光学元件的形状、尺寸等具有较高的灵活性，光学元件本身结构无需为固定连接做过多调整，有利于提高本系统的应用范围。
26.底座13为一个基底，用于支撑所述光学元件放置台12及其上面的光学元件11的运动。当光学元件11运动过程发生角度振动时，光学元件11及其放置台12与底座13之间相对角度发生偏移，通过驱动器14调节光学元件放置台12与底座13的相对角度可实现对对光学元件11的角度振动进行主动补偿，提高光学元件的角度稳定性。
27.在一些示例中，所述底座13上设有固定所述驱动器14的固定端131，以及设有安装所述传感器15的安装位132。驱动器14设于底座13上，通过固定端131固定于底座13，并与光学元件放置台12连接，用于调节光学元件放置台12与底座13的相对角度。
28.可选的，驱动器14可以是压电型直线电机、音圈电机或其它线性电机。其中，压电型直线电机又包括多模态振动型电机、惯性驱动型电机、行波型电机、驻波型电机等等，输出相应的位移以对角度振动进行补偿。本实施方式优选多模态振动型电机，根据所采集的底座的角度振动信号控制该多模态振动型电机进行补偿，电机的振动频率可随光学元件的角度振动情况灵活调整，尤其适用于本发明的应用需求。
29.在一些示例中，所述传感器15的类型包括速度传感器或加速度传感器等惯性传感器。具体的，所述传感器至少包括两个同类型的传感器(第一传感器和第二传感器)，都为速度传感器或都为加速度传感器。两个传感器设于所述底座13上，分别采集所述底座的振动方向133的第一传感信号和第二传感信号，并基于所述第一传感信号和第二传感信号的差值获取所述驱动信号。进一步地基于所述驱动信号通过控制算法计算使驱动器14对所述光学元件放置台12的角度振动进行补偿，从而提高所述光学元件11的绝对角度振动稳定性。基于所述第一传感信号和第二传感信号的差值获得的驱动信号与所述底座13的绝对角度振动相关。
30.如图2所示，本发明另一实施例提出一种位移反馈角度振动控制系统的结构示意图，该系统包括基准部21(基准板)。所述基准部21为相对角度振动的判断标准，在所述光学元件11相对于所述基准部21的振动为0的情况下，判断光学元件11无振动。根据传感器15得
到的反馈控制信号，采用适当的控制算法，通过所述驱动器14调节所述光学元件放置台12和底座13之间的角度，将需要的反馈补偿到系统，实现光学元件11的角度振动控制。
31.在本实施例较佳的实施方式中，传感器15包括至少两个位移传感器，第一位移传感器151和第二位移传感器152，设于所述基准部21上，用于测量所述基准部21与所述底座13的相对位移，并基于所述相对位移的差值获取所述驱动信号。具体的，第一位移传感器151测量底座13第一反射面22在振动方向的第一位移信号，第二位移传感器152测量底座13第二反射面23在振动方向的第二位移信号，将所述第一位移信号和第二位移信号的差值作为反馈控制信号(驱动信号)，基于所述反馈控制信号通过控制算法计算，使所述驱动器14对所述光学元件放置台12的角度振动进行补偿，从而提高所述光学元件11相对于所述基准部21的角度振动稳定性。本实施方式的控制算法所用的反馈控制信号与底座13相对基准部21的相对角度振动相关，通过相应的算法使用所述驱动器14对所述光学元件放置台12的角度振动进行补偿，从而提高所述光学元件11相对于所述基准板21的角度振动稳定性。
32.所述位移传感器可选的有激光干涉仪，利用迈克耳逊干涉系统或者法布里－珀罗干涉系统测量位移，其中激光干涉仪又包括单频激光干涉仪、双频激光干涉仪。所述位移传感器还可选用电容式位移传感器，尤其适合缓慢变化或微小量的测量，并且电容式位移传感器的电容器极板多为金属材料，极板间衬物多为无机材料，如空气、玻璃、陶瓷、石英等，可以在高温、低温强磁场、强辐射下长期工作，应用范围广泛。
33.在一些示例中，基准部21上设有第一支架和第二支架，分别与所述第一反射面22和第二反射面23的位置相对应，用于安装所需传感器。
34.在另一些示例中，所述传感器15还可以是角速度传感器或者角加速度传感器，可以将角速度传感器或角加速度传感器采集的信号直接作为驱动信号(反馈控制信号)。其中，角加速度传感器(角加速计)又包括x及y两类。x类角加速度传感器分成两个组成部分，其中之一安装在基准部21上，作为参考点，而另一部分安装在底座13上。y类角加速度传感器直接安装在底座13上。
35.在本实施例较佳的实施方式中，所述角度振动控制系统包括连接器16，用于活动连接所述固定部和底座，以使所述固定部与所述光学部在预设旋转轴111上角度可调节。为便于描述，本实施例定义旋转轴111为光学部11的旋转轴，其所在平面与振动方向133垂直。底座13与固定部12能够在旋转轴111上有微小的角度调节。
36.可选的，连接器16可以选用柔性铰链、轴承或悬臂梁等等。其中，优选柔性铰链，其无机械摩擦、无间隙且运动灵敏度高。进一步地，柔性铰链又包括直梁型柔性铰链和圆弧型柔性铰链，其中优选直梁型柔性铰链，其运动行程较小、运动精度较高，尤其适用于本发明的微小的角度振动的调节。
37.在本实施例较佳的实施方式中，光学元件放置台12上设有驱动器连接杆121，所述驱动器14一端与所述底座13固定连接，另一端与所述驱动连接杆121连接；所述驱动器14接收到传感器15发送的驱动信号后通过所述驱动连接杆121带动光学元件放置台12运动以调节光学元件放置台12与底座13的相对角度。
38.在本实施例较佳的实施方式中，光学元件放置台12包括夹持机构122，用于固定所述光学部11。可选的，所述夹持机构122可以是外部夹持器，或可以是内部夹持器，或可以是圆弧开合型夹持器，或可以是圆弧平行开合型夹持器，或可以是直线平行开合型夹持器，或
可以是气动夹持器，或可以是弹簧夹持器，具体需根据待夹持的光学元件11的形状、方向、尺寸、重量、工作环境等进行选择。
39.可选的，所述光学元件放置台12、底座13以及连接器16可以是一个零件，即一体式结构，也可以是由多个零件组成的组合式结构。其中优选一体式结构，便于批量生产制造，且有利于减少组装误差，提高角度振动的补偿精度。
40.在一些示例中，光学元件11上开设有与所述光学元件放置台12的夹持机构122相对应的第一固定孔组112，所述光学元件放置台12上开设有与所述第一固定孔组112对应的第二固定孔组123，夹持机构122通过所述第一固定孔组112和第二固定孔组123将光学组件11固定于光学元件放置台12。
41.在一些示例中，所述底座13上的用于固定驱动器14的固定端131为第三固定孔组，所述驱动器14通过第四固定孔组141与第三固定孔组131固定连接，以实现驱动器14与底座13的固定连接。驱动器14的另一端与光学元件放置台12上的驱动器连接杆121连接。驱动器接收驱动信号后使驱动器连接杆121带动光学元件放置台12运动，以调节底座13和光学元件放置台12之间的相对角度，从而抑制光学元件11的角度振动带来的影响。
42.综上所述，本发明公开了一种高稳定性的主动角度振动控制系统，包括固定部，其上固定有光学部；底座，与所述固定部活动连接；驱动器，设于所述底座上，且与所述固定部连接；传感器，与所述驱动器通信连接，用于采集所述底座的角度振动信号以获取驱动信号；所述驱动器接收所述驱动信号以调节所述固定部与底座的相对角度。并且可根据不同应用场景需要，设置基准板。本发明采用振动传感器组测量底座的角度振动信号，基于角度振动信号获取驱动信号以驱动所述驱动器调节光学元件放置台和底座的相对角度来实现光学元件的振动控制。本发明通过主动补偿的方式减小装置或系统关键位置的角度振动，提高其角度振动稳定性，特别适用于大科学装置里的精密光学器件的角度振动控制。因此，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
43.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：

1.一种角度振动控制系统，其特征在于，包括：固定部，其上固定有光学部；底座，与所述固定部活动连接；驱动器，设于所述底座上，且与所述固定部连接；传感器，与所述驱动器通信连接，用于采集所述底座的角度振动信号以获取驱动信号；所述驱动器接收所述驱动信号以调节所述固定部与底座的相对角度。2.根据权利要求1所述的角度振动控制系统，其特征在于，所述传感器的类型包括速度传感器或加速度传感器；所述传感器包括同类型的第一传感器和第二传感器，设于所述底座上，分别采集所述底座的振动方向的第一传感信号和第二传感信号，并基于所述第一传感信号和第二传感信号的差值获取所述驱动信号。3.根据权利要求1所述的角度振动控制系统，其特征在于，所述系统还包括基准部，所述传感器包括至少两个位移传感器，设于所述基准部上，用于测量所述基准部与所述底座的相对位移，并基于所述相对位移的差值获取所述驱动信号。4.根据权利要求1所述的角度振动控制系统，其特征在于，包括：连接器，用于活动连接所述固定部和底座，以使所述固定部与所述光学部在预设旋转轴上角度可调节。5.根据权利要求4所述的角度振动控制系统，其特征在于，所述连接器包括：柔性铰链、轴承或悬臂梁。6.根据权利要求1所述的角度振动控制系统，其特征在于，所述固定部上设有驱动器连接杆，所述驱动器一端与所述底座固定连接，另一端与所述驱动连接杆连接；所述驱动器接收到所述驱动信号后通过所述驱动连接杆带动所述固定部运动以调节所述固定部与底座的相对角度。7.根据权利要求1所述的角度振动控制系统，其特征在于，所述驱动器包括：压电型直线电机或音圈电机。8.根据权利要求1所述的角度振动控制系统，其特征在于，所述固定部包括夹持机构，用于固定所述光学部。9.根据权利要求4所述的角度振动控制系统，其特征在于，所述固定部、底座和连接器为一体式结构。10.根据权利要求3所述的角度振动控制系统，其特征在于，所述位移传感器包括：激光干涉仪或电容式位移传感器。

技术总结

本发明提供一种角度振动控制系统，所述系统包括：固定部，其上固定有光学部；底座，与所述固定部活动连接；驱动器，设于所述底座上，且与所述固定部连接；传感器，与所述驱动器通信连接，用于采集所述底座的角度振动信号以获取驱动信号；所述驱动器接收所述驱动信号以调节所述固定部与底座的相对角度。本发明通过传感器采集所述底座的角度振动信号以获取驱动信号；将驱动信号发送至设于所述底座上的驱动器，进而通过所述驱动器调节所述固定部与底座的相对角度，实现对光学部的角度振动的主动控制，提高装置及系统的角度稳定性。所述系统应用与大科学装置对提高科学实验的准确性和实验结果的可靠性具有重大意义。验结果的可靠性具有重大意义。验结果的可靠性具有重大意义。