XS型小型伺服式

1、XS型小型伺服式振动台系统使用说明书专利号：ZL92 2 43429.8中国地震局工程力学研究所中国哈尔滨一、概述1二、主要技术指标 1三、伺服振动台系统的结构和原理 2四、使用方法 7五、产品的成套性10XS型小型伺服式振动台系统一、概述本系统由水平向电磁振动台、铅垂向振动台、振动台伺服限制系统、信号发生 器等组成,主要用于低频及超低频拾振器位移计、速度计及加速度计的灵敏度、幅 值频率特性曲线等参数的标定.本系统采用了有源闭环伺服技术,使期低频特性大 为扩展,稳定度和失真度得到了很大的提升和改善.本系统具有体积小、重量轻、 低频特性好、失真度小等特点.二、主要技术指标1.振动台系统主要技术标

2、准:使用频率范围:最大振幅：最大速度：最大加速度： 最大推力： 台面最大荷载:位移 0.05 20Hz ;速度 0.1 100Hz ;力口速度 0.5 100Hz水平*3mm；铅垂向2.5mm0.08 m s22.5m/s217N4kg失真度：台面运动不均匀度:5%台面尺寸：振动台外形尺寸:水平台 5%(0.3- 40HZ);铅垂台 5%(0.1 20HZ) 水平台面220mmM 270mm；铅垂台面220mmM 220mm水平台 490 240 215mm铅垂台 345 265 490mm重量:水平振动台25 kg ；铅垂振动台23kg2.伺服限制系统技术指标：伺服限制系统主要由闭环伺服系统

3、、信号电测量、功率放大及参数转换等组成.伺服限制系统的输入阻抗: 测量误差：0.2V 档时,可测 0.050.199V2V 档时,可测 0.21.999V20V档时,可测219.99V 功率放大器误差一3%误差一3%误差-3%通 频 带：DC-10kHz最大输出功率：20VA最大输出电压：10V0 P利用相对速度计及伺服限制系统作台面速度和位移检测时的通频带：速度： 0.1 10HZ ,误差 3%位移：0.0510Hz,误差 E3%水平台面速度灵敏度：Sv0=V s/m垂直台面速度灵敏度：Sv0=V s/m水平台面位移灵敏度：Sd0=V/m垂直台面位移灵敏度：Sd0=V/m伺服限制系统的尺寸：

4、340 310 105mm伺服限制系统的重量：4.5kg3.对其它附属仪表由用户自购的主要技术要求：对标准加速度计的技术要求：通频带1%: 3 100Hz横向灵敏度：.3%年稳定度：3%电荷放大器的技术指标应符合所用加速度计配套要求.对信号发生器的技术要求：通频带：0.01 100Hz失真度：-0.6%稳定性：0.3%1小时三、伺服振动台系统的结构和原理XS型小型振动台系统采用比拟法标定低频或超低频拾振器.如图1所示,伺服振动台系统由水平向电磁振动台、铅垂向电磁振动台、振动 台伺服限制系统、信号发生器组成.信号发生器产生的电信号经振动台伺服限制系 统中的功率放大器放大后通过导线输入到振动台的激

5、振器动圈中,从而使与激振器 动圈连接的台面产生往复振动.与台面固定连接的相对速度计检测台面的相对运动 速度或位移,它产生的电信号输给伺服限制系统来检测台面运动的速度参量,同时, 相对速度的输出经伺服放大器放大后,与信号发生器产生的信号叠加,最后经功率 放大后输入激振器的动圈中形成闭环伺服系统,使包括台面在内的运动部件产生大 阻尼,从而改善振动台的低频特性、提升稳定度和改善失真度.伺服限制系统中包括三局部：一是由伺服放大器及加法器组成的伺服系统,如前面所述作闭环伺服用；第二局部是作台面运动峰值电压测量及被标定拾振器峰值 电压测量的测量系统,它由阻尼抗变换器、放大器、积分器、复零电路、保持电路 1

6、 一、,八一,一及31位数字表头构成.第三局部是由集成功率放大模块为核心组成的功率放大输2出,用来推动振动台.图1伺服振动台系统的结构连线图在台面运动测量中,传感器采用相对速度计和标准加速度计 接电荷放大器两 种,相对速度计安装在振动台上,标准加速度计由用户自购.由于通常加速度计的 低频下限为23Hz,且当台面运动频率较低时,其加速度幅值较小,背景噪声的影响会显得较严重.当台面运动的频率较高时,其位移及速度幅值交小.故在0.0510H z频段范围内用相对速度计检测台面运动的速度参量,或通过积分后检测 台面运动的位移参量,也可由速度值换算成加速度值 此时要求对台面运动频图2水平向振动台结构简图+

7、率或周期的检测精度较高o 在频率低于3Hz标定加速度 参量时,由于背景噪声的影响 较严重,拾振器的输出应加接 一高陡度低通滤波器用户自 购,其半功率点应为所测频 率的510倍,以有效的滤去 背景噪声.在3100Hz频段 用标准加速度计测量台面的 加速度值,或由加速度0值换 算成速度值及位移值此时要 求对台面运动频率或周期的 检测精度较高.1 .水平向振动台水平向振动台如图2所 示.它由激振器1、台面2、 簧片3、相对速度计4、底座5和锁紧机构6构成.2 .铅垂向振动台铅垂向振动台如图3所示,它由底座1、激振器2、台面3、导向簧片4、台 面平衡位置的调节弹簧5和相对速度计6和锁紧机构7构成.激振

8、器输入插头的接线图见图4.1接伺服限制系统后面板的功放输出插座的芯线2接伺服限制系统后面板的功放输出插座的屏蔽层图4激振器输入插头接线图图5限制系统的后面板3 .振动台伺服限制系统伺服系统的后面板如图5所示,BX为保险丝盒,保险丝的规格为1A0CZ1为 220V交流电源的输入插座.CZ2为功率放大输出插座,通过连线接到振动台激振器 输入插座.CZ3为测量信号输入插座七芯插座,其对应插头的接线图如图6所示. 使用时可把四个被测拾振器的电信号同时输入,调节前面板上的参量选择开关K4,可分别测量四个拾振器电压信号的峰值及相对速度计测得的台面运动速度和位移的 峰值.CZ4为输出插座,用于台面运动的速度

9、电压信号,位移电压信号,功放输出 电压信号及被标拾振器输出电压通过前面板参数选择旋钮调节等信号的输出,此插 座可接示波器,电压表,数据采集系统等仪器.CZ5为信号源插座,通过连线与信 号源直接连接.CZ6为反应输入插座,通过连线与振动台的相对速度计插座连接1一接第1道拾振器的输出2一接第2道拾振器的输出3一接第3道拾振器的输出4一接第4道拾振器的输出5一接地K3Ki图6 CZ3插头接线图图7限制系统的前面板图7所示为伺服限制系统的前面板,其中：Ki为电源开关,当置于开时,系统的电源接通.K2是用来使测量系统输入端复零或接通被测电压信号的开关.K3是用来保持或复零被测电压信号的开关.K4是参量选

10、择开关,当置位于 V档,输出插座 CZ4输出台面运动的速度电压信号,当开关 K2置位于“测量,K3置于“保持时, 数字表头显示的电压即为正比于台面运动速度的电压半峰值；当置于 X档,CZ4输 出台面运动的位移电压信号,此时表头所测得的为正比于台面运动位移的电压半峰 值.当K4置于1、2、3或4档时,那么分别测量由CZ3输入的被标拾振器输出的电压 信号.当置于GF档,CZ4输出限制系统功率放大输出的电压信号.1 表头是用来测量电压峰值的3-位数字电压表.此测量系统的电压表为一峰值电 2压表,它可用来作一般低频峰值电压表用.K5为状态选择开关,当置于“大阻尼时,振动台产生大阻尼,其适用频率范 围为

11、0.05 0.5Hz ；当置于“小阻尼时,振动台适用频率范围为 0.2 100Hz；当 置于“开环时,其信号源信号直接通过功率放大推动振动台,不形成闭环伺服, 此时振动台阻尼很小,其适用范围为5100Hz , K6是用来使限制系统功率放大输入 端“接地或“工作非接地的开关.当状态选择开关K5在变换档位过程中,K6 最好置于“接地档,以防止振动台由一种工作状态 如“小阻尼转换到另一种工 作状态如“开环时振动台振动幅值变化较大而产生的冲击,它起到保护振动台的 作用.K7是输入衰减旋钮,用它可调伺服限制系统功率输出的大小,当改变振动台振动频率时,或K5开关由“小阻尼档向“开环档转换时,K7宜关到最小

12、,然后再 慢慢增大即可.K8为调节数字表头量程的转换开关.由于振动信号均存在高次谐波,即存在一定的失真度,故在高精度测量中要求 电压表使用真有效值数字电压表,以降低信号电压值的测量误差.如用户对测量精 度的要求较高时,应使用真有效值数字电压表 用户自购.四、使用方法一振动台的运输、安装与调整1 .运输水平振动台在运输时,按右螺纹旋转三卡盘锁紧机构,使台面固定不动,并把 台面用支架上的四个螺丝固定,以免损坏弹性元件及动圈.铅垂振动台在运输时,按右螺纹旋转三卡盘锁紧机构,使台面固定不动,并将 与台面连接的小横梁和大横梁固定在底座上之间垫一适当厚度的木块后用胶布固 定在一起,保证弹性元件和线圈的平安

13、.2 .安装振动台应固定在安有预埋螺栓的混凝土墩上,并选择远离干扰源的地点,方可 获得较好的标定结果.如把系统作为流动性振动台,也可把振动台直接放在工作台 上或地面上,此时背景噪声的影响较大.3 .调整松开台面锁紧机构.水平振动台一般不需调整,只要使台面根本呈水平即可 在底座下加垫片.铅垂向振动台在装上被标拾振器后,调整调节弹簧螺旋弹簧使台面居于平衡位 置指针指标零点o4 二系统的连接与操作方法5 图1所示,将各局部的连线接好,然后按下述步骤进行：1 .把信号发生器的输出调至最小.2 .依次把信号发生器、振动台伺服限制系统的电源开关置于开的位置.3 .把被标拾振器和标准加速度计用橡皮泥或其它方

14、法固定在台面上,标准加 速度计应尽可能安装在沿台面运动方向的中央线上,对于铅垂向振动台应调整调节 弹簧使台面居于平衡位置.把拾振器、放大器、伺服限制系统用导线连接起来.把拾振器和放大器置于所需档位.被标拾振器在台面上应相对于台面纵横中央线对称布置,使台面荷载尽可能均 匀.在水平台上标定时,当激振频率在 0.340Hz范围内时,可同时进行多台拾振 器的标定如891型拾振器可同时标定四台.当激振频率超过40H z及低于0.3H z时, 每次只能标定两台拾振器,此时拾振器应安装在沿台面运动方向的中央线上.在铅垂台上标定时,当激振频率低于 20Hz时,可同时进行多台拾振器的标定. 当激振频率低于1Hz

15、时,拾振器的安装应避开台面中央直径约 60mm的范围.当激 振频率高于20Hz时,每次只能标定一台拾振器,此时拾振器应安装在台面中央,标 准加速度计可安装在拾振器盖上,也可紧挨拾振器安装.4 .当对标定精度的要求不高时,可使用限制系统 即峰值电压表来测量台面运 动的位移、速度及加速度.当用标准加速度计测量台面运动的加速度时,其输出信 号经电荷放大器放大后,输给伺服及测量系统后面板的 Cz3插座其中一个通道此时 只能同时标定3台拾振器.当要求测量精度较高时,那么应使用有效值数字电压表测量信号电压.此时把伺 服限制系统后面板上的输出插座 Cz4与真有效值数字电压表的输入用导线连起来即 可.5 .在

16、所有仪器设备予热约十分钟后,将信号发生器频率选择、伺服限制系统前 面板的状态选择旋钮K5置于所需位置,将钮子开关 K6置于“工作档.6 .逐步增大信号发生器的输出电压,调节伺服限制输入衰减旋钮K7,使振动台的振幅到达所需幅值为止.三灵敏度和幅值频率特性的标定本系统采用比拟法来标定拾振器,即利用台面相对速度计及标准加速度计测得 台面运动的幅值,再换算被标拾振器的灵敏度.在上述准备工作完成后,即可进行拾振器灵敏度及幅值频率特性的标定工作. 被标拾振器的测量方向应与台面运动方向一致.1 .灵敏度标定在作灵敏度标定时,激振频率即信号发生器的频率应选在被标拾振器频率特性 的平直段通常选在信号发生器频率切

17、=寸必下上附近,式中.下及切上分别为拾振器 通频带的下、上限频率o调节信号发生器的输出,使被标拾振器的输出信号具有合 适的幅值.如被标拾振器的灵敏度太低或太高,可使用配套放大器或衰减器来调节 其输出幅值.拾振器的输出可直接或通过与其配套的放大器进行放大或积分后和伺 服限制系统后面板的Cz3插座连接,然后把K4置于所需的位置,把K2和K3先置位 于“复零,再分别置位于“测量和“保持,即可测得所需电压的半峰值.1.1 加速度灵敏度的标定：分别测得“标准加速度计和被标加速度计的输出电压为Ua0和Uaii=1,2；,那么被标加速度计的灵敏度Saiuai K0ua0 K iSa0式中Sao为“标准加速度

18、计的灵敏度,Ko和Ki分别为“标准加速度计和被标加 速度计所配放大器的放大倍数.当激振频率低于10Hz,采用相对速度计作台面运动检测时,被标加速度计的灵 敏度SaiUai -Sv0Uv0 Ki- .式中Sv0为台面速度灵敏度,Uv0为伺服及测量系统上数字表头的显示值,或真有效 值数字电压表显示值乘以 贬.0为台面运动的圆频率.1.2 速度灵敏度的标定当采用相对速度计来检测台面运动的速度时,被标拾振器的速度灵敏度Svi=UviUv0 Ki如使用标准加速度计来标定拾振器的速度灵敏度时,那么被标拾振器的速度灵敏 度SviUvi .,Ua0 KiSa01.3 位移灵敏度的标定在振动测量中,通常是用位移摆速度计经放大器积分来测量位移参量,极少使 用位移摆位移计来测量振动位移参量.对于后者,被标拾振器的输出可直接拾振器的灵敏度足够时输给伺服限制系统的CZ3插座.对于前者,被标拾振器必须与配套 放大器配接放大器的输出与伺服限制系统的 CZ3插座连接,通过放大器上的积分 档得到振动位移参量.当用相对速度计来检测台面运动的位移时此时伺服限制系统前