大型精密测量设备的微振研究

　　引 言

　　现代工程技术对微小振动的控制提出了更高、更严格的要求，尤其是精密测量设备，其测量探头即便是轻微的振动都会对测量结果产生显著影响。当作用于精密设备的微振动超过一定限度时，它就无法正常工作，这一界限就是其微振动的控制值，或称为容许振动值[1]。因此，对精密测量设备进行微振测试，掌握微振影响程度，同时采取措施减小微振成为提高测量精度的必要任务。

　　精密测量设备的微振除受地脉动影响外，还与其本身的传动系统和结构动力特性有密切关系。设备运行时，电机和传动系统将产生微振激励。当这种激励的频率与结构某阶固有频率相近时将产生谐振。谐振时，振动量值被成倍放大，可能导致设备无法正常工作。场地微振动又称为常时微动或地脉动，其研究缘于地震学。在地震学的微振观测研究中发现，无论将地震仪的拾震器放置在什么地基上，当放大倍数达到一定值，排除了仪器噪声后，记录中总伴有不规则的、随机的微振动，就像大地的脉搏，所以形象地称其为地脉动。研究表明，地脉动不但与该场地的地质结构有关，也与周围的环境有关，如海浪、车辆运行、刮风引起的树木摆动等都会引起地脉动的变化[2]。

　　微振的振动量可以用振动的位移、速度和加速度来衡量[1]。根据过去的经验，对于大多数精密设备，将振动速度作为振动控制值的衡量指标是合适的。也有将振动加速度作为衡量指标的，惯导仪表便是一例。惯导仪表包括陀螺仪和加速度计，陀螺仪对低频振动加速度和倾斜敏感，而加速度计则对振动加速度敏感[2]。而文中研究的测量设备主要对振动位移敏感。文中针对一种大型精密测量设备进行微振研究，通过微振测试得出设备的谐振点、启停的振荡时长、微振的位移振幅以及不同微振源对精度的影响程度等。

　　1 测试对象

　　自主研发的某大型精密测量设备，使用中需将其测量探头的容许振动值控制在 0. 2 mm 以内。目前国内研制的该类型设备已接近国际先进水平，但对该设备探头的微振研究尚未见相关报道。

　　受测设备主要由基座、立柱和探头支架 3 部分组成，如图 1 所示。工作时，探头支架带动探头在立柱上作垂直( Y 向) 运动，而立柱则在基座上作水平( X 向)运动。文中最关注的是工作中探头的微振情况。

　　测试中，在探头支架上安装 3 个方向的传感器，分别测量探头支架处 X、Y、Z 3 个方向的微振。传感器在受测设备上的安装位置如图 1 所示。

　　2 测试工况

　　在地脉动以及设备自身运行产生的微振激励下，某大型精密测量设备的测量探头将产生微幅振动。文中对该设备进行不同工况下的微振测试。通过对测试数据的分析，认识地脉动和设备自身传动系统产生的微振对设备测试精度的影响，并得到设备运行时的微振参数。