本實(shí)用新型涉及振動臺自反饋信號提取技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種通過對振動臺的激振器在振動時(shí)產(chǎn)生的反感應(yīng)電動勢處理后得到的信號用作振動臺反饋的振動臺自反饋信號提取裝置及應(yīng)用該裝置的振動臺。

背景技術(shù)：

在測振儀器的實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)過程中，需要振動臺產(chǎn)生良好的正弦波以作為傳感器的校準(zhǔn)信號。目前振動與沖擊傳感器的校準(zhǔn)方法一般是振動比較法校準(zhǔn)，通過激光干涉的方法或利用標(biāo)準(zhǔn)傳感器獲得振動臺臺面的位移、速度或加速度信號作為被校傳感器的輸入信號，測量得到被校傳感器的輸出信號，再計(jì)算得到被校傳感器輸出信號的幅頻特性和相頻特性。

然而，實(shí)際上振動臺在低頻段產(chǎn)生的正弦信號失真度較大，為了改善振動臺的低頻運(yùn)動信號，人們嘗試了各種方法，例如，改善彈性元件的材料或改良磁路設(shè)計(jì)等。但是，上述方法都沒有從根本上解決問題，因此，現(xiàn)有技術(shù)引入了一種能夠有效的改善振動臺低頻運(yùn)動信號失真度的技術(shù)——閉環(huán)伺服反饋技術(shù)。閉環(huán)伺服反饋技術(shù)按照反饋信號的不同分為加速度反饋、速度反饋和位移反饋，但是這些反饋都是通過各種各樣的傳感器來提取振動臺臺面的振動信號，以達(dá)到降低系統(tǒng)低頻失真度的目的。故現(xiàn)有閉環(huán)伺服反饋技術(shù)必然存在以下缺陷：

(1)由于傳感器的行程有限，隨著大行程振動臺的發(fā)展，導(dǎo)致通過傳感器提取反饋信號的方法存在很大的局限性；

(2)由于安裝了傳感器后就必然使得整個(gè)系統(tǒng)實(shí)際模型產(chǎn)生變化，傳感器的非線性會使得振動臺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化；并且，如果傳感器的安裝方式不恰當(dāng)，則會導(dǎo)致振動臺發(fā)生局部共振，不利于降低振動臺的低頻失真度；

(3)對于低頻大行程振動臺，盡管可以使用磁致伸縮傳感器進(jìn)行復(fù)合反饋控制，并在一定程度上簡化振動臺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，但其成本相對較高，且其后續(xù)電路設(shè)計(jì)、調(diào)試、安裝使用和維護(hù)復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種振動臺自反饋信號提取裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中振動臺行程較大時(shí)一些反饋用的傳感器造價(jià)昂貴，后續(xù)電路設(shè)計(jì)、調(diào)試、安裝及維護(hù)復(fù)雜等問題；本實(shí)用新型的另一目的是提供一種應(yīng)用所述振動臺自反饋信號提取裝置的振動臺。

為解決上述問題，本實(shí)用新型提供了一種振動臺自反饋信號提取裝置，其包括信號提取電路、差分電路、放大電路和直流電源電路；

所述信號提取電路用于提取振動臺激振器產(chǎn)生的反感應(yīng)電動勢信號，其內(nèi)部通過接入振動臺激振器而與振動臺激振器共同構(gòu)成一橋式電路；所述橋式電路的輸入端用于接入振動臺伺服控制器的激振信號端，其輸出端與所述差分電路輸入端相連，并輸出所述反感應(yīng)電動勢信號至所述差分電路；

所述差分電路對所述反感應(yīng)電動勢信號進(jìn)行差分處理得到一差分信號，其輸出端與放大電路輸入端相連，并輸出所述差分信號至所述放大電路；

所述放大電路對所述差分信號進(jìn)行放大處理得到相應(yīng)的反饋信號；

所述直流電源電路為信號提取電路、差分電路及放大電路提供工作電源。

優(yōu)選地，所述信號提取電路包括3個(gè)電阻、激振器接線端、激振信號接線端和反感應(yīng)電動勢輸出端；

所述3個(gè)電阻通過激振器接線端接入振動臺激振器后，與振動臺激振器共同組成惠斯通電橋；

所述激振信號接線端為所述惠斯通電橋的輸入端，其用于接入振動臺伺服控制器的激振信號，以控制振動臺激振器工作實(shí)現(xiàn)對振動臺振動的控制；

所述反感應(yīng)電動勢輸出端為所述惠斯通電橋的輸出端，其與所述差分電路輸入端相連，并輸出由所述惠斯通電橋提取得到的振動臺激振器的反感應(yīng)電動勢信號。

優(yōu)選地，所述3個(gè)電阻中的其中一電阻為調(diào)零電阻；所述調(diào)零電阻用于調(diào)整所述惠斯通電橋的平衡。

優(yōu)選地，所述差分電路包括第一差分器、第二差分器、第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻；

所述第一差分器的正輸入端子和所述第二差分器的正輸入端子形成差分電路的輸入端，并與橋式電路的輸出端相接；

所述第一電阻一端與所述第一差分器的負(fù)輸入端子連接，另一端接地；

所述第二電阻一端與所述第一差分器的負(fù)輸入端子連接，另一端與所述第一差分器輸出端連接；

所述第三電阻一端與所述第一差分器輸出端連接，另一端與所述第二差分器的負(fù)輸入端子連接；

所述第四電阻一端與所述第二差分器的負(fù)輸入端子連接，另一端與所述第二差分器的輸出端連接；

所述第二差分器的輸出端與所述放大電路連接。

優(yōu)選地，所述放大電路包括可變電阻、定值電阻和放大器；所述可變電阻一端與所述放大器的輸出端連接，另一端與所述放大器的負(fù)輸入端子連接；所述定值電阻一端與所述放大器的負(fù)輸入端子連接，另一端接地；所述放大器的正輸入端子與所述差分電路的輸出端連接，其輸出端輸出增益后的反饋信號。

可選地，所述直流電源電路由220V、50Hz的交流電源供電，且其輸出±5V的直流電源為信號提取電路、差分電路及放大電路供電。

優(yōu)選地，所述信號提取電路、差分電路和放大電路共地，并分別或共同封裝在一塑料外殼內(nèi)。

通過上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型振動臺自反饋信號提取裝置產(chǎn)生了以下有益的技術(shù)效果：

1)克服了在振動臺行程較大時(shí)，因傳感器的行程范圍有限而限制振動臺行程的問題；

2)實(shí)現(xiàn)了反饋信號大小可調(diào)，從而使得振動臺系統(tǒng)在低頻段的阻尼可調(diào)；

3)解決了實(shí)用復(fù)合反饋造成的成本高，設(shè)備設(shè)計(jì)、調(diào)試、安裝實(shí)用和維護(hù)復(fù)雜等問題。

為達(dá)到本實(shí)用新型的另一目的，本實(shí)用新型還提供了一種振動臺，其包括激振器、伺服控制器、及上述任一項(xiàng)所述的振動臺自反饋信號提取裝置；

所述振動臺自反饋信號提取裝置的信號提取電路內(nèi)部接入所述激振器，并與所述激振器共同構(gòu)成橋式電路，以提取所述激振器產(chǎn)生的反感應(yīng)電動勢信號；且所述橋式電路的輸入端與所述伺服控制器的激振信號端連接，其輸出端與所述差分電路輸入端相連，并輸出提取到的激振器的反感應(yīng)電動勢信號至所述差分電路；

所述振動臺自反饋信號提取裝置的差分電路對所述反感應(yīng)電動勢信號進(jìn)行差分處理得到一差分信號，其輸出端與放大電路輸入端相連，并輸出所述差分信號至所述振動臺自反饋信號提取裝置的放大電路；

所述放大電路對所述差分信號進(jìn)行放大處理得到相應(yīng)的反饋信號，并將反饋信號反饋至所述伺服控制器的反饋信號輸入端口，由伺服控制器產(chǎn)生輸出至激振器控制振動運(yùn)動。

由于本實(shí)用新型的振動臺自反饋信號提取裝置具有以上有益技術(shù)效果，則應(yīng)用該振動臺自反饋信號提取裝置的振動臺也具有以上有益技術(shù)效果。

為了更好地理解和實(shí)施，下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型振動臺自反饋信號提取裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型振動臺自反饋信號提取裝置中信號提取電路P10端接入激振器后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型振動臺自反饋信號提取裝置中差分電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型振動臺自反饋信號提取裝置中放大電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實(shí)用新型振動臺自反饋信號提取裝置安裝在振動臺系統(tǒng)后的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是圖5中的電路的信號傳輸流程示意圖。

具體實(shí)施方式

請參閱圖1，本實(shí)用新型振動臺自反饋信號提取裝置包括信號提取電路1、差分電路2、放大電路3和直流電源電路。所述信號提取電路1用于提取振動臺激振器產(chǎn)生的反感應(yīng)電動勢信號，其內(nèi)部通過接入振動臺激振器而與振動臺激振器共同構(gòu)成一橋式電路1’，如圖2所示，圖2中的R₀表示激振器線圈的電阻。形成的橋式電路1’的輸入端In1用于接入振動臺伺服控制器的激振信號端，其輸出端P1與所述差分電路2輸入端In2相連，并輸出所述反感應(yīng)電動勢信號至所述差分電路2。所述差分電路2對所述反感應(yīng)電動勢信號進(jìn)行差分處理得到一差分信號，其輸出端P2與放大電路3輸入端In3相連，并輸出所述差分信號至所述放大電路3。所述放大電路3對所述差分信號進(jìn)行放大處理得到相應(yīng)的反饋信號。所述直流電源電路為信號提取電路1、差分電路2及放大電路3提供工作電源。

由此，當(dāng)本實(shí)用新型振動臺自反饋信號提取裝置與振動臺的激振器和伺服控制器接線完成后，即可通過本實(shí)用新型振動臺自反饋信號提取裝置的上述各個(gè)電路實(shí)現(xiàn)將激振器線圈的反感應(yīng)電動勢信號提取，并經(jīng)差分處理和放大處理后反饋至振動臺伺服控制器的反饋信號輸入端口，從而由伺服控制器輸出信號控制激振器工作，推動振動臺運(yùn)動，增大振動臺在低頻段的阻尼，解決了提取反饋信號用的傳感器造價(jià)昂貴及后續(xù)電路設(shè)計(jì)復(fù)雜等問題。

請同時(shí)參閱圖2，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述信號提取電路1包括：3個(gè)電阻(R₁′,R₂′,R₃′)、激振器接線端P10、激振信號接線端In1和反感應(yīng)電動勢輸出端P1。所述3個(gè)電阻通過激振器接線端P10接入振動臺激振器后，與振動臺激振器共同組成惠斯通電橋，也即，激振器線圈的電阻R₀及所述3個(gè)電阻(R₁′,R₂′,R₃′)一起組成惠斯通電橋，也即上述的橋式電路1’。所述激振信號接線端In1為所述惠斯通電橋的輸入端，其用于接入振動臺伺服控制器的激振信號，以控制振動臺激振器工作實(shí)現(xiàn)對振動臺振動的控制。所述反感應(yīng)電動勢輸出端P1為所述惠斯通電橋的輸出端，其與所述差分電路2輸入端In2相連，并輸出由所述惠斯通電橋提取得到的振動臺激振器的反感應(yīng)電動勢信號。

為保證惠斯通電橋的平衡，作為一種更優(yōu)的技術(shù)方案，所述信號提取電路1中的3個(gè)電阻中的其中一個(gè)電阻為調(diào)零電阻。所述調(diào)零電阻用于調(diào)整所述惠斯通電橋的平衡。

請同時(shí)參閱圖3，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述差分電路2包括第一差分器N1、第二差分器N2、第一電阻R”₁、第二電阻R”₂、第三電阻R”₃和第四電阻R”₄。所述第一差分器N1的正輸入端子和所述第二差分器N2的正輸入端子形成差分電路2的輸入端，并與橋式電路1’的輸出端相接。所述第一電阻R”₁一端與所述第一差分器N1的負(fù)輸入端子連接，另一端接地。所述第二電阻R”₂一端與所述第一差分器N1的負(fù)輸入端子連接，另一端與所述第一差分器N1輸出端連接。所述第三電阻R”₃一端與所述第一差分器N1輸出端連接，另一端與所述第二差分器N2的負(fù)輸入端子連接。所述第四電阻R”₄一端與所述第二差分器N2的負(fù)輸入端子連接，另一端與所述第二差分器N2的輸出端連接。所述第二差分器N2的輸出端P2與所述放大電路3輸入端In3連接。由此通過差分電路2對所述惠斯通電橋提取到的反感應(yīng)電動勢信號進(jìn)行差分處理后，也即，通過差分電路2對由所述惠斯通電橋輸出的兩路信號做減法處理，得到相應(yīng)的差分信號并將差分信號從第二差分器N2的輸出端輸出到放大電路3。在本實(shí)施例中，所述差分信號為精確度更高的激振器線圈的反感應(yīng)電動勢信號，也即，通過差分電路2對惠斯通電橋提取到的反感應(yīng)電動勢信號進(jìn)行處理，能夠得到精確度更好的激振器線圈的反感應(yīng)電動勢信號。

請同時(shí)參閱圖4，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述放大電路3包括可變電阻Rt、定值電阻R和放大器N3。所述可變電阻Rt一端與所述放大器N3的輸出端連接，另一端與所述放大器N3的負(fù)輸入端子連接。所述定值電阻R一端與所述放大器N3的負(fù)輸入端子連接，另一端接地。所述放大器N3的正輸入端子In3與所述差分電路2的輸出端P2連接，其輸出端P3輸出增益后的反饋信號。由此通過調(diào)節(jié)可變電阻Rt的阻值實(shí)現(xiàn)對放大電路3的放大器N3放大倍數(shù)的調(diào)整，也即，實(shí)現(xiàn)了對從振動臺激振器線圈中提取到的反感應(yīng)電動勢信號的放大倍數(shù)的調(diào)整。并且，在將本裝置接入到振動臺系統(tǒng)后，所述放大電路3放大器N3的輸出端P3是與振動臺伺服控制器的反饋信號輸入端口連接的。

可選地，所述直流電源電路由220V、50Hz的交流電源供電，且其輸出±5V的直流電源為信號提取電路1、差分電路2及放大電路3供電。在本實(shí)施例中，差分電路2和放大電路3采用相同的電源供電。

優(yōu)選地，所述信號提取電路1、差分電路2和放大電路3共地，并分別或共同封裝在一塑料外殼內(nèi)。

以下，結(jié)合振動臺系統(tǒng)傳遞公式來闡述本裝置的原理及優(yōu)點(diǎn)：

不加反饋時(shí)，振動臺系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：

$\frac{x}{e}=\frac{G_0{K}_A}{R_{0}M}\·\frac{1}{G_1{G}_2{G}_3+\frac{R_A{G}_1}{R_0}}---\left(1\right)$

請同時(shí)參閱圖5和圖6，在振動臺上接入本實(shí)用新型的振動臺自反饋信號提取裝置后，振動臺系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：

$\frac{x}{e}=\frac{G_0{K}_A}{R_{0}M}\·\frac{1}{G_1{G}_2{G_3}^{\′}+\[\frac{G_2{G}_0^2}{R_{0}M}+\frac{G_0{K}_A}{R_0{{\mathrm{MG}}_4}^{\′}{G_5}^{\′}}\·K_f(\frac{G_0{R_1}^{\′}}{R_0+{R_1}^{\′}}-K\frac{e^{\′}\left(s\right)}{sx})s+\frac{R_A{G}_1}{R_0}}---\left(2\right)$

其中，

$G_1=s^2+2D_{0}s+n_0^2,$

$n_0^2=\frac{k}{M},$

$G_2=1+\frac{s/n_2}{1+s/n_3},$

$n_2=\frac{1}{R_{A}C},$

$n_3=\frac{1}{RC},$

$G_3=1+\frac{R_1}{R_0}+\frac{L_0}{R_0}s,$

$G_3^{\′}=1+\frac{L_0}{R_0}s,$

$K=\frac{R_1^{\′}{R}_2^{\′}-R_3^{\′}{R}_0}{(R_1^{\′}+R_0)(R_3^{\′}+R_2^{\′})},$

$G_4^{\′}=R_{out}{C}_{f}s+(1+\frac{R_{out}}{R_2}),$

$G_5^{\′}=\frac{R_2}{R_1}+R_2{C}_{1}s,$

$e\left(s\right)=\frac{R_0}{G_{0}s}\[{\mathrm{ms}}^2+(B+\frac{G_0^2}{R_0})s+k\]sx.$

上述各個(gè)參數(shù)的意義如下：

x——振動臺可動部分運(yùn)動位移；

e——信號源電壓輸出信號；

G₀——激振器機(jī)電耦合系數(shù)，磁場強(qiáng)度與漆包線繞線長度的乘積；

M——振動臺可動部分質(zhì)量；

L₀——激振器線圈等效電感；

R₀——激振器線圈歐姆電阻；

K_f——放大器N3放大倍數(shù)；

k——彈性元件剛度；

B——阻尼系數(shù)；

R₁,R₂,C——伺服控制器中的元件參數(shù)；

R₁′,R₂′,R₃′——信號提取電路1中的參數(shù)；

R_out——放大器N3輸出電阻；

s——拉普拉斯算子。

因此，比較式(1)與式(2)可知，式(2)中增加了阻尼，并利用放大倍數(shù)K和K_f及機(jī)電耦合系數(shù)G₀，可以調(diào)整反饋帶來的阻尼大小，使得由彈性元件帶來的不利因素如非線性失真、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的增加等得到抑制。

綜上所述，本實(shí)用新型的振動臺自反饋信號提取裝置產(chǎn)生了以下技術(shù)效果：

1)克服了在振動臺行程較大時(shí)，因傳感器的行程范圍有限而限制振動臺行程的問題；

2)實(shí)現(xiàn)了反饋信號大小可調(diào)，從而使得振動臺系統(tǒng)在低頻段的阻尼可調(diào)；

3)解決了使用復(fù)合反饋造成的成本高，設(shè)備設(shè)計(jì)，調(diào)試，安裝使用和維護(hù)復(fù)雜等問題。

另外，本實(shí)用新型還提供了一種應(yīng)用了上述振動臺自反饋信號提取裝置的振動臺，該振動臺包括激振器、伺服控制器和振動臺自反饋信號提取裝置。

所述振動臺自反饋信號提取裝置的信號提取電路1內(nèi)部接入所述激振器，并與所述激振器共同構(gòu)成橋式電路1’，以提取所述激振器產(chǎn)生的反感應(yīng)電動勢信號；且所述橋式電路1’的輸入端與所述伺服控制器的激振信號端連接，其輸出端與所述差分電路2輸入端相連，并輸出提取到的激振器的反感應(yīng)電動勢信號至所述差分電路2。

所述振動臺自反饋信號提取裝置的差分電路2對所述反感應(yīng)電動勢信號進(jìn)行差分處理得到一差分信號，其輸出端與放大電路3輸入端相連，并輸出所述差分信號至所述振動臺自反饋信號提取裝置的放大電路3。

所述放大電路3對所述差分信號進(jìn)行放大處理得到相應(yīng)的反饋信號，并將反饋信號反饋至所述伺服控制器的反饋信號輸入端口，由所述伺服控制器產(chǎn)生輸出至激振器控制振動運(yùn)動。

由于在本實(shí)施例提供的振動臺除激振器、伺服控制器和反饋提取結(jié)構(gòu)外的其它結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)振動臺的結(jié)構(gòu)相同，故不再贅述。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型振動臺自反饋信號提取裝置及應(yīng)用該裝置的振動臺克服了在振動臺行程較大時(shí)，因傳感器的行程范圍有限而限制振動臺行程的問題；實(shí)現(xiàn)了反饋信號大小可調(diào)，從而使得振動臺系統(tǒng)在低頻段的阻尼可調(diào)；解決了實(shí)用復(fù)合反饋造成的成本高，設(shè)備設(shè)計(jì)、調(diào)試、安裝實(shí)用和維護(hù)復(fù)雜等問題。

本實(shí)用新型并不局限于上述實(shí)施方式，如果對本實(shí)用新型的各種改動或變形不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍，倘若這些改動和變形屬于本實(shí)用新型的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動和變形。