超低频标准振动系统基础设计技术

2007第九届全国振动理论及应用学术会议论文集 2007.10.17～19

超低频标准振动系统基础设计技术

韩冬, 何闻

（浙江大学机械与能源工程学院,浙江 杭州 310027）

摘 要：针对超低频标准振动系统易受外界振动干扰的问题，研究了超低频标准振动台与激光测振仪的隔振基础设计技术。首先以振动台台面输出信噪比为出发点，确定了超低频标准振动台基础噪声的基本要求；然后采用有限元分析的数值方法，分别对振动台基础与激光测振仪基础作动力学分析，再对激光测振仪基础作静力学分析。结果表明，振动台基础底面应与地基刚性连接，而激光测振仪基础底面应与地基弹性连接；优化橡胶减震垫的布局可以提高激光测振仪隔震系统的稳定性。

关键词：超低频 标准振动系统 基础 有限元

Design of foundation for ultra-low-frequency standard

vibration system

HAN Dong, HE Wen

(College of Mechanical and Energy Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China) Abstract：Considering the influence of external vibration on ultra-low frequency standard vibration system, the vibration insulating foundation for vibration tables and a laser vibrometer were studied. On the start point of signal-to-noise ratio, the basic requirements of background noise on the foundation was determined, then some dynamic analysis on the foundation of tables and a laser vibrometer, and static analysis on the foundation of the laser vibrometer were done with the finite element analysis method. Research results show that the bottom surface of the tables should be fixed with ground base, and the bottom surface of the foundation of the laser vibrometer should be elastically fixed with ground base. At last, the stability of the laser vibrometer system could be improved by optimizing the distribution of shocking rubber pad.

Key words：Ultra-low frequency; standard vibration system; foundation; finite element analysis 引 言

目前对振动传感器进行标定主要有绝对法与相对法两种方法，而两种方法通常是在标准振动台上进行的[1]。随着科学技术的发展，尤其是地震科学技术的发展，传感器越来越要求能够测量超低频振动信号，比如英国Güralp公司生产的CMG-3T地震计、北京港震机电技术有限公司生产的BBVS-120甚宽频带地震计、东方振动与噪声研究所研制的INV9898压电加速度传感器，频率下限已达0.1Hz以下。超低频传感器对标准振动装置提出了要求，然而ISO的TC108委员会推荐的绝对法低频标准振动装置，低频校准频率为0.5Hz[2]。因此研究并开发超低频标准振动计量装置成为各国科技工作者努力的方向。

标准振动台工作于超低频段时，振动台台面输出的加速度非常小，容易受外界环境因素，比如拍岸浪、气旋风暴、地震波、车辆行人等的影响，使输出波形的失真度变大，信噪比和

作者简介：韩冬 (1982－)，男，吉林人，硕士研究生，从事振动理论、测试方面的研究工作．E-mail: handongu@通讯作者：何闻，教授．E-mail:hewens@

超低频标准振动系统基础设计技术

稳定性变差，并且也大大降低了激光测振仪的跟踪测量性能[3]。为了实现超低频标准振动计量，必须设计合理的隔震基础，而目前国内外对超低频标准振动系统基础的研究还很少。本文首先以振动台台面输出信噪比为出发点，分析了超低频标准振动台基础噪声的要求，然后基于动力学与静力学原理，并采用有限元分析的数值方法，为振动台与激光测振仪设计了合理的隔振基础。

1 超低频标准振动台基础噪声的要求

图1为水平振动台运动模型，x 1(t)为振动台

运动部件相对于地心的绝对位移；x(t)为振动台运动部件相对振动台基座的相对位移；x 2(t)为振动台基座相对于地心的绝对位移，由于振动台基座与基础刚性连接，所以振动台基座的绝对位移即可认为是基础的绝对位移，各位移之间的关系为 12()()()x t x t x t =+ (1)

仅考虑基础运动产生的运动部件输出失真，根据失真度的定义，此时振动台输出位移信号的失真度d δ为 2100%d X X δ=× (2) 式中，2X 为基础位移的峰值，X 为振动台运动体相对于基座位移的峰值。振动台输出加速度信号的失真度a δ为 2100%a A A δ=× (3) 式中，2A 为基础加速度的有效值，A 为振动台运动体相对于基座加速度的有效值。拟定超低频标准振动系统的频率范围为0.01~160Hz ，位移峰值不小于0.05m ，位移失真度在0.01≤f <0.1Hz 时不大于1％；加速度失真度在f ≥0.1Hz 时不大于1％。

(1) 当0.01≤f <0.1Hz 时，位移失真度满足 21%d X X δ=≤ (4) 因此，基础运动位移的峰值需满足

20.01X X ≤ (5) 为了得到基础运动允许的位移峰值，应给出可能的最小位移峰值min X ，特别地，在位移峰值0.05m X =的情况下，可以得到基础允许的位移峰值上限

2[]0.5mm X = (6)

(2) 当f ≥0.1Hz 时，加速度失真度需满足

1%a A δ=≤ (7) 因此，基础运动加速度的有效值需满足