活动系统可以采取几种不同的形式,虽然“位置”和“加速度”伺服系统也被提到。此外,伺服系统的基本性能可以增加使用前馈。本文描述了最常见的配置和他们的相对优势在以下部分。
惯性的反馈
惯性的反馈系统是最受欢迎的类型的主动取消系统(图1)。气动光电隔离器被设计成一个简单的春天。忽略了地面运动传感器和前馈输入,反馈路径包括过滤器、地震检波器,并强制执行机构(如扬声器音圈)。
地震仪可以测量位移之间的测试质量和孤立的有效载荷,过滤信号,然后施加一个力载荷以这样一种方式,这种位移(X1- X2)成为常数,从而导致地震检波器的输出。
唯一的力作用在测试质量源自其弹簧的压缩,压缩是常数(X伺服1- X2
0),它遵循测试积极隔离。同样,孤立的负载也必须隔离振动是被迫跟踪测试质量。这种形式的伺服的细节可在多个引用。*
图1所示。基本的惯性反馈循环使用载荷传感器和力致动器,如扬声器音圈,”影响的反馈。前馈的循环可以添加到几点。
伺服带宽总是限制这种类型的系统的性能。由于孤立的有效载荷的结构共振,在实际系统带宽限制在10 - 40 Hz(通常这个范围的低端)。这种系统也“AC耦合”,因为地震检波器缺乏一个“特区”反应。
因此,伺服系统具有两个单位增益频率——通常在0.1和20 Hz。因此,伺服系统达到的最大增益约20 - 40 dB ~ 2赫兹的固有频率的被动春天山系统。~ 0.1 ~ 20赫兹的单位增益频率,系统的闭环反应有两个新的共鸣。
因为这些系统有一个小的带宽(频率几乎二十年),获得不是很高,除了自然(开环)有效载荷的共振频率。共振的高增益抑制。
由于这个原因,这些系统可以被认为是惯性阻尼系统,具有阻尼系统的主共振的特性而不影响隔振性能。(这也可以由被动阻尼共振振动阻尼但这大大增加引线从地面)。
PZT-Based系统
“安静码头”隔离器的概念如TMC的活跃的光电隔离器(专利号。5660255年和5823307年)如图2所示。它包含一个中间质量,很难通过压电换能器安装在地板上(压电)。
检波器安装这个,它的信号反馈给压电陶瓷的宽带伺服回路。这将创建一个“安静码头”支持负载被孤立。20 Hz弹性体提供隔离频率高于山伺服系统的有效带宽。
此外,该弹性体阻止桥墩相互“交谈”通过有效载荷(重要的是,有效载荷取决于几个独立安静的码头)。这个系统有一些独特的优点和缺点。
的staci®系统具有良好的隔振性能。事实上,它是最好的0.6 - 20赫兹频率范围,受到一定的限制。惯性的反馈系统,staci相比®系统不需要调整和弹性体山使它几乎完全免疫有效载荷结构共振。
随着系统是“硬装”通过20 Hz弹性体,地板负载校准与外部设备(对接)不是一个大问题。2020欧洲杯下注官网结算时间是很好的作为系统的响应外部力量(移动阶段)的20 Hz弹性体。这类似于最好的惯性反馈系统。
同时,由于山弹性体的硬度,staci®系统变得几乎免疫力量,包括房间气流,直接应用于负载和允许它支持极高的重心的有效载荷。
的staci®系统可以支持和兼容,工具,整合所有类型的内置主动或被动气动隔振系统。
不幸的是,压电陶瓷的运动受到限制(大约20 - 25µm)。因此,伺服浸透和“解锁”地板运动跨越这个峰振幅。幸运的是,地板运动从来没有穿过这幅值在大多数环境中。
为了获得一个良好的隔振特性,~ 0.6 ~ 200赫兹是积极为压电伺服带宽。这才能实现高带宽时,隔离器是由一个非常严格的地板上。这是所需的隔离器,因为它依赖于中间质量移动量正比于压电陶瓷电压几百赫兹。这可能不是真的,如果地上有一个活跃的内共振的带宽。
共振在大多数地板是远低于200赫兹,但这是可以接受的,地板是具备足够的共振不明显由伺服驱动的。地板的正确形式规范成为地板合规,inin /磅力(或µm / N)。
的staci®系统一般必须直接安装在水泥地上,它会工作在焊接钢框架或提高楼层只有当支架非常严格。“建筑摇摆”是另一个问题是指建筑物的顶部运动引起的风。通常,这是超过25毫米在楼上,允许系统饱和如果用于上层的故事(基于建筑物的长宽比和建筑)。
图2。这种方法涉及安慰一个小“中间质量”高带宽伺服,然后安装的主要载荷,与一个被动的“安静的码头”20 Hz橡胶山。
振动关键应用程序
振动关键应用程序实际上是少数。简而言之,需要更好的应用程序的数量比提供的被动隔振系统,非常小。
TMC的被动隔振系统可以有效地抑制噪声几赫兹以上频率。只有两种类型的应用程序可用,被动隔振器的隔振性能问题。
首先,地面噪声水平可能很高,乐器,对地面噪声在大多数环境中变得敏感。这只发生在高楼建筑影响成为一个关键问题或很弱层的建筑。这是一个独特的情况,因为大多数设备(例如半导体检验机器)通常带有“地板规范”,通常2020欧洲杯下注官网是不被供应商忽略。
第二种类型的应用程序是那些具有最高程度的内在敏感性。原子力显微镜与扫描隧道显微镜(afm和STMs)的一些关键的例子。这些应用程序对最小的负载敏感振动和原子尺度的决议。
在这两种情况下,被动的坐骑的隔离性能通常是足够的,除非从大约0.7赫兹频率范围3赫兹被动放大山地面运动的地方。这是一个方便的巧合,因为活动系统,如惯性反馈方案可以有效地消除共振放大。
一个活跃的振动取消系统应避免,除非用户确信他们的应用程序有一个与被动隔振问题,无法解决光电隔离器。沉淀时间在今天大多数半导体设备是一个不同的问题。2020欧洲杯下注官网
惯性的问题反馈
尽管惯性反馈系统可以用来减少沉降时间,提高隔振性能,他们有几个明显的缺点。实现横向惯性反馈系统在很大程度上是受到倾斜横向耦合问题。此外,这些系统,除了PZT-based系统,建立时间相对贫穷的位置。
负载到外部扰动的响应如图3所示。基于模型的理想化1-DOF系统,有效载荷的反应只是为了定性演出multi-DOF系统的性能。
相同的活动系统由两个曲线表示,除了第一块曲线位移比应用力,和第二个情节作用力加速度的比值,作为频率的函数。唯一的变化是,第一图频率乘以两个大国创建第二个。
曲线分别展示一个加速度计和一个位置传感器将测量系统干扰。必须指出这些图表的大小尺度随机起源和只能用于参考目的。
图3。曲线表明,该职位由低频率共振响应,而加速度响应是由高频峰值。注意,开环反应的峰值是相同的。
曲线表明,低频共振响应主导地位,而高频主导加速度响应峰值。这个结果是反直觉的,因为开环(纯粹的被动)响应的峰值是在这两种情况下具有相同的频率。
这提供了两个好处。首先,该系统有效地抑制系统的开环谐振。它甚至还提供了大量的额外的隔离在0.5 - 5赫兹频率范围。第二个好处是,well-damped共振主导加速度曲线在20 Hz。如果我们假定加速度衰减的振幅为:
振幅=0x e -t /τ
一个0代表了初始振幅和τ= Q /(πv)。如果品质因数Q大约是2,那么τ≈32女士相对良好。有效载荷,对加速度敏感(大多数),系统的稳定时间将由这个伺服提高了一个数量级。
与本系统相关的问题是第一组曲线所示,表明反应是由峰值的位置~ 0.1赫兹。假设上述同样的问,这将意味着衰变常数t是约6.5秒。尽管伺服已经被设计为一个大阶段保证金让问下2,峰值的低频意味着它需要很长时间来解决到位。
虽然对加速度载荷是高度敏感,有两种截然不同的情况下长时间位置沉降提出了一个主要问题。
在场上位置沉降时间长或转动自由度载荷会显得像一个水平加速度。这是由于爱因斯坦的等效原理:负载提示,重力作用于负载变化的方向完全垂直于一些小角垂直。
的原则,这是有一个相同的水平载荷由相当于加速度角度(弧度)x g。简而言之,每个mrad倾斜变成毫克的横向加速度。电子显微镜和许多乐器都很敏感。
对接的有效载荷是另一个主要问题。这是一种常见的过程中载荷必须定期与极端的精度定位相对于一个场外的对象——通常是20 - 200毫米。惯性反馈系统将需要极长时间这个级别。两种可能的解决方案是可用的。
第一个方法是运行伺服增益设置较低,影响一些隔离性能(可能不需要),一种改进的位置校正时间。第二种方法是关闭伺服对接。然而,伺服不喜欢快速开启和关闭,尤其是当他们的名义获得高达1所示。
你什么时候需要一个活跃的系统?
确定需要一个活跃的隔离系统可以根据你是否有沉淀时间不同或振动的关键应用程序。都可能很复杂,在这两种情况下,需要对系统振动噪声的敏感性。
振动时关键的应用程序,它仅仅是不够问系统是否有效。如果系统性能不足或不使用被动系统,那么问题的根源。
它可能是明显的AFM / STM类型的应用程序。手写笔的原始输出是由1.5 Hz噪音,反过来,与负载相关的运动,你知道你的光电隔离器的共振频率。在其他时间可能不太清楚。
例如,您可能会看到一个仪器20赫兹的峰值,这与噪声的有效载荷,但尚不清楚是否来自地面。
在建筑,许多暖通空调系统使用巨大的球迷,函数在这个频率范围。如果他们做,他们产生地面噪声以及噪声与负载的噪声。问题的根源是什么?声学或地面噪声?这很难讲。
然而,我们必须记住,如果你的问题是在20赫兹,然后惯性积极反馈系统将毫无用处,因为他们缺乏环路增益频率。staci®等PZT-based光电隔离器可以提供在这个频率范围内唯一的解决方案。
沉淀时间关键型应用程序要简单得多。有三个步骤来确定您是否需要一个活跃的系统(我们假设是前馈只):
- 第一步:确定临界加速度水平的过程。可以简单地通过移动前阶段和不同数量的等待时间进行测量。如果等待的时间和水平加速度载荷阶段停止后,就可以得到这个数字。对于最新的仪器,它可以很难确定临界加速度水平,和计算,估计,和建模可能需要依赖。
- 第二步:估计有效载荷的初始加速度水平乘以阶段加速度的比值阶段质量总孤立有效载荷质量。
- 第三步:步骤1和2的数字应该是比较。任何TMC被动系统应该如果临界加速度水平高于初始载荷的反应。然而,如果临界加速度水平低于初始载荷的反应,然后初始的比例必须与临界加速度水平相比,和方程1应该用于确定系统可以解决得不够快。
- 如果允许的沉降时间不足以得到所需的衰减,那么可以使用较高的被动阻尼系统。的MaxDamp®台湾记忆体公司提供的光电隔离器有一个衰减率比传统气动快五倍光电隔离器(低品质因数5倍)。虽然这确实牺牲一些隔振,它通常是一个很好的权衡。
- 如果MaxDamp®隔离器不工作,那么可以使用一个活跃的系统(被动隔离系统的自由参数来解决问题)。
某些极端的例子可以迅速确定需要。例如,需要一个活跃的系统如果临界水平低于初始载荷加速度和一个“零”需要沉淀时间。然而,仪器需要重新设计或使零沉降时间如果比最初的临界水平超过了10个(“0”)。活跃的系统并不是最终的解决方案并不能解决所有的问题。
结论
摩尔定律* *创造了一个挑战,需要更好的系统工程师合作,半导体工具制造商,阶段制造商和集成商。也需要有一个重大的改进的意识问题。这是一个遗留下来的前几天,“盲目的集成”的系统被发现足够了。
鉴于冲突与隔振系统和高系统吞吐量是至关重要的,系统工程师必须改变他们的设计目标。同时,活动系统只能通过某些因素提高系统的性能。如果设计方法没有改变,甚至主动系统将不工作在不久的将来。
这将是非常不幸的,因为没有人能把先进的技术。TMC所看到的规格无法满足即使是最乐观的假设活跃的系统性能。
活跃的系统是相当昂贵的。这些系统的成本推动的压电陶瓷或磁致动器和其他类似的组件。他们的材料导致高价格的成本(压电陶瓷欧洲杯足球竞彩稀土钕铁硼磁钢)。功率放大器可以是昂贵的。
如果成本考虑,我们必须记住,没有所谓的增量积极的解决方案。活跃的系统,如果需要,必须能够匹配你的舞台动作产生的力量。不能够系统将不工作。
TMC持续改善活动隔离系统。该公司的目标是使这些系统更可靠,更容易配置,安装和维护,并尽可能地让他们自配置。这将降低工程,系统成本,加快系统的生产。
*看到例如,P.G.纳尔逊牧师科学。Instrum。,62年,p .2069 (1991).
* *戈登·摩尔英特尔(intc . o:行情)创始人之一,指出,半导体的密度(用晶体管/区域)大约每18个月翻了一倍,平均,因为早期的商业半导体制造(甚至1960年或更早!)。
这些信息已经采购,审核并改编自台湾记忆体公司提供的材料。欧洲杯足球竞彩
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