從被動到主動，精密儀器微振動如何有效隔離？

減振技術作為振動控制的重要應用之一，其主要目的是抑制振動的傳遞，按照減振方式是否有外部能量的輸入分為被動減振和主動減振。

被動減振技術不需要從外界攝入任何的能量，只需要依靠被動減振元件例如彈簧、空氣彈簧、橡膠等就能實現對振動的隔離。

被動減振操控方便、耐用性強，是應用最廣泛的減振方式，而對于一些精密儀器設備的低頻減振，例如透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡(SEM)、成像設備、車載光電瞄準平臺、光刻機、航天器等精密設備則需要用到主動減振系統。


主動減振是近些年隨著控制技術、致動器和傳感器的發展興起的新的振動隔離方式。隨著控制理論、集成電路、傳感器、執行機構等領域的技術進步，主動減振進入蓬勃發展階段，并在航空、航天、土木工程、機械工程、船舶、汽車等多個領域取得了較好的應用效果。



相對于被動減振，主動減振在低頻振動的隔離方面具有明顯的優勢，因此主動減振技術多用于航空航天、超精密加工、精密檢測、光學實驗等對基座穩定性要求較高的場合。



主動減振技術原理

主動減振系統通常包括有受控系統、控制器、驅動器、傳感器等幾個常見的部分組成。

外界振動干擾作用在受控系統中，受控系統產生響應的系統輸出，而傳感器檢測到輸出量，將輸出量傳輸到控制器，控制器根據此輸出響應和相應的控制策略，運算得到所需的控制信號，并且將控制信號傳輸到驅動器，驅動器根據控制信號產生相應的電流或者電壓信號用以驅動主動執行器，從而調整系統的包括剛度、阻尼在內的關鍵參數，并且依次不斷循環，動態地調整系統的參數，實現主動減振。




主動減振系統需要不停地從外界攝入能量，通過采用合適的控制算法，系統的減振帶寬可以得到一定的拓寬，因此可以在包括低頻段和高頻段在內的很寬的頻帶內都獲得優良的減振性能。

下圖所示的就是主動減振系統形式。主動減振系統通過振動傳感器采集振動狀態信息，然后反饋給控制器，控制器根據反饋運算得到控制信號，對主動執行器進行控制，從而實現對振動的隔離。

振動信號根據不同的傳感器類型以及應用場景，可以測量振動的位移、速度、加速度等信號。其中一種反饋方式，就是反饋負載平臺的振動信號，如下圖（a）所示。


另一種則是同時測量負載平臺和基礎的振動信號，前者用于反饋控制，后者則用于前饋控制，即如下圖（b）所示。



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結論與前景

主動減振的思想就是根據系統的振動狀態信息，給負載平臺提供一個相反方向的加速度或者驅動力，以抵消負載平臺的振動。

主動減振技術的優點是動態響應快、減振帶寬高、性能穩定且優秀?，F如今，國內外一些主流的減振產品生產商都把研發制造的重點置于主動減振單元或者設備上。