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Herz-主动隔振系统-解析串行反馈-并行反馈(一)

Herz-主动隔振系统-解析串行反馈-并行反馈(一)

主动隔振系统(主动系统)涉及硬件,软件和整体技术能力等范围。正确地理解这些差 异对于仪器用户和制造商在各自的环境中决定正确的系统来支持其仪器非常重要。


最近主要区别之一是串行和并行主动系统,AVI和TS系列属于并行主动系统类别。这篇 技术评论讨论了为何经常对这两种独特的主动系统(串行v并行)进行比较,并有助于从虚构的差异中揭开事实的神秘面纱。


误解vs.事实

1、误解串行>并行主动系统,具有低频隔振性能

事实并行>串行主动系统,具有低频主动隔振性能

主动系统中最杰出,最有效的隔离机制是反馈回路系统,该系统通过利用一系列惯性传 感器,执行器和控制电子设备来动态衰减环境振动噪声。所有使用惯性传感器的反馈系 统都有一个低频截止点,该截止点取决于传感器的低频噪声。该噪声的程度主要由惯性 传感器的质量定义,不同主动系统之间质量各不相同。

对于小型主动系统(即AVI和TS系列),在尺寸和低频响应之间取得了平衡。质量保持 较小以实现紧凑的结构,最适合精密的紧凑型显微镜。由于尺寸紧凑,与使用较大质量 惯性传感器的主动系统相比,可用频率在0 – 1 Hz    之间受到限制。

为了弥补AVI系列的性能差距,开发了LFS系统(低频传感器),与AVI系列连用可提供 更大质量的惯性传感器,以提供一流的低频振动隔离。与LFS系统配合使用时,AVI系 列比任何并行或串行的高质量反馈系统提供更高的低频隔离性能。


2、误解:所有并行主动系统都需要调整为有效负载

事实具有高质量反馈回路的并行主动系统不需要有效负载调整

有一种观点认为,并行主动系统需要专门针对所支持的有效负载进行调整,从而限制了 平台的整体隔离度。尽管市场上确实需要将某些并行主动系统调整为所支持的有效负 载,但这并不是并行主动系统的通用特点,并且通常取决于针对主动系统开发的反馈回 路的质量。主动系统反馈回路的质量取决于其可容纳的频率范围以及可有效减轻负载中 共振的频率。有效负载中无阻尼共振会引起相位变化,从而导致反馈回路振荡(请见附 录A)。如果反馈环路设计良好,具有高频响应(几个KHz),则有效负载共振将不会在 反馈回路内振荡,而是会被阻尼。AVI和TS系列平台即是如此。AVI和TS系列平台除了 具有宽频率反馈回路之外,无需针对特定的有效载荷共振进行调整,这在整个生产历史 中一直如此。


3、误解:将串行主动系统与有效负载解耦具有优势

事实:将串行主动系统与有效负载解耦会带来不利影响

当许多制造商将数据发布到100 Hz时,利用较大质量的串行主动系统可能会产生较差的反 馈响应。由于此限制,串行主动系统以大约20 Hz的频率将自身与有效负载解耦,从而允 许被动隔离机制缓解较高的频率。尽管这种去耦消除了较高频率的有效载荷共振,但它 不能解决外部振动源直接耦合到有效载荷本身的问题。从而使有效载荷去耦成为一个缺 点,因为主动系统的反馈回路不再应用于直接施加给有效载荷的振动噪声(即,未通过 地板施加的振动噪声)。

很明显,由惯性平台支撑并在20 Hz解耦的有效载荷作为“串行” 系统将与地面振动产生合 理的隔离,但随着对有效载荷进行更多的外部连接,性能水平将下降。典型的有效负载

(即电子显微镜)将通过电缆,导管,泵管线耦合到周围环境,因此间接耦合到地板。 尽管许多此类线路和电缆可能是刚性的,但实际上电缆的刚性总和可能接近或超过20 Hz 解耦器的刚性,从而导致电缆和泵管对主动系统本身形成机械旁路,将明显的振动直接 引入有效载荷。