XS型小型伺服式振动台系统振动测量仪器.docx
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XS型小型伺服式振动台系统振动测量仪器
XS型小型伺服式
振动台系统
使用说明书
专利号：
ZL92243429.8
中国地震局工程力学研究所
中国·哈尔滨
目录
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………………………………………………………10
XS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、振动台伺服控制系统、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高和改善。
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准：
使用频率范围：
位移；速度；加速度
最大振幅：
水平；铅垂向
最大速度：
最大加速度：
2.5m/s2
最大推力：
台面最大荷载：
失真度：
台面运动不均匀度：
水平台；铅垂台
台面尺寸：
水平台面；铅垂台面
振动台外形尺寸：
水平台
铅垂台
重量：
水平振动台25；铅垂振动台23
2.伺服控制系统技术指标：
伺服控制系统主要由闭环伺服系统、信号电测量、功率放大及参数转换等组成。
伺服控制系统的输入阻抗：
1
测量误差：
0.2V档时，可测0.05~0.199V
误差
2V档时，可测0.2~1.999V
误差
20V档时，可测2~19.99V
误差
功率放大器
通频带：
最大输出功率：
最大输出电压：
利用相对速度计及伺服控制系统作台面速度和位移检测时的通频带：
速度：
，误差
位移：
，误差
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
伺服控制系统的尺寸：
伺服控制系统的重量：
3.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%）：
横向灵敏度：
年稳定度：
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：
失真度：
稳定性：
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较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、振动台伺服控制系统、信号发生器组成。
信号发生器产生的电信号经振动台伺服控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控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、提高稳定度和改善失真度。
伺服控制系统中包括三部分：
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；第二部分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、保持电路及位数字表头构成。
第三部分是由集成功率放大模块为核心组成的功率放大输出，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，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
+率或周期的检测精度较高）。
在频率低于标定加速度参量时，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5~10倍，以有效的滤去背景噪声。
在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。
激振器输入插头的接线图见图4。
1—接伺服控制系统后面板的功放输出插座的芯线
2—接伺服控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控制系统的后面板
3.振动台伺服控制系统
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1A。
CZ1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为反馈输入插座，通过连线与振动台的相对速度计插座连接。
1—接第1道拾振器的输出
2—接第2道拾振器的输出
3—接第3道拾振器的输出
4—接第4道拾振器的输出
5—接地
图6CZ3插头接线图
图7控制系统的前面板
图7所示为伺服控制系统的前面板，其中：
K1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，则分别测量由CZ3输入的被标拾振器输出的电压信号。
当置于GF档，CZ4输出控制系统功率放大输出的电压信号。
表头是用来测量电压峰值的位数字电压表。
此测量系统的电压表为一峰值电压表，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；当置于“小阻尼”时，振动台适用频率范围为；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，K6是用来使控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，以避免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，用它可调伺服控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，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，确保弹性元件和线圈的安全。
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，只要使台面基本呈水平即可（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）。
（二）系统的连接与操作方法
按图1所示，将各部分的连线接好，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、振动台伺服控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心线上，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、伺服控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心线对称布置，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）。
当激振频率超过及低于时，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心线上。
在铅垂台上标定时，当激振频率低于时，可同时进行多台拾振器的标定。
当激振频率低于时，拾振器的安装应避开台面中心直径约60mm的范围。
当激振频率高于时，每次只能标定一台拾振器，此时拾振器应安装在台面中心，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，可使用控制系统（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，则应使用有效值数字电压表测量信号电压。
此时把伺服控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、伺服控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，调节伺服控制输入衰减旋钮K7，使振动台的振幅达到所需幅值为止。
（三）灵敏度和幅值频率特性的标定
本系统采用比较法来标定拾振器，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附近，式中及分别为拾振器通频带的下、上限频率）。
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
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