本發(fā)明涉及減振，特別涉及一種主動式減振系統(tǒng)。

背景技術：

1、各種超高精度儀器的運營需要超高精度的減振(減震)環(huán)境。振動源一般來自于儀器同環(huán)境中空氣的接觸和儀器同環(huán)境的機械接觸。空氣接觸可以通過聲學隔離箱實現(xiàn)，機械接觸可以通過將超高精度儀器將放置在一個有機械接觸的減振系統(tǒng)上來實現(xiàn)。其機械接觸可以是空間三維的機械接觸，而大部分機械接觸來自于儀器的底部，即振動從底部傳向上面的儀器，即z方向的振動源。當然從底部傳上來的振動可以是橫向振動，即xy方向的振動。但多數(shù)情況，這種xy方向振動相對于z方向的振動比較弱。

2、一般情況，有兩種減振技術方案來實現(xiàn)機械接觸的減振系統(tǒng)：

3、1)被動式減振系統(tǒng)。典型的被動式減振是彈簧系統(tǒng)，如圖1中由上至下依次為需要穩(wěn)定的儀器91、彈簧92(被動減震器)，以及振動源93。箭頭a為振動源93大于等于100hz的高頻振幅示意，箭頭a1表示大于等于100hz的高頻振動中彈簧92的存在讓需要穩(wěn)定的儀器91振幅大幅減小；箭頭b為振動源93小于等于20hz的低頻振幅示意，箭頭b1表示小于等于20hz的低頻振動中即使彈簧92的存在需要穩(wěn)定的儀器91振幅沒有減小。也就是說，被動式減振系統(tǒng)一般由被減振物體(儀器)–彈簧–阻尼系統(tǒng)組成，主要使用線圈彈簧(coil?spring)、隔振橡膠墊(elastomer?pad)、空氣彈簧(air?spring)來降低地基傳來的振動，或是隔離振動源使其振動反過來不至于專遞到地基，隔振原理是彈簧，橡膠墊或空氣彈簧將振動的能量吸收。該系統(tǒng)的優(yōu)點為簡單的結構即可獲得最大的隔振效果，但其缺點為在低頻(<3hz)段的共振及隔振性能極低，需要很長的穩(wěn)定時間，另外需要穩(wěn)定的儀器放在彈簧上，或者儀器被彈簧吊起來。對于頻率較高的振動，彈簧可以很好地過濾這些振動。一般情況，被動式減振能有效過濾高頻振動，能夠把振幅限制在0.1納米/秒以下。但對于頻率較低的振動，一般在50-100赫茲以下，彈簧類的被動式減振的效果驟然降低。

4、2)主動式減振系統(tǒng)。如圖2中由上至下依次為需要穩(wěn)定的儀器91、主動式減振器94，以及振動源93。箭頭e為振動源93小于等于20hz的低頻振幅示意，箭頭e1表示小于等于20hz的低頻振動中主動式減振器94的存在讓需要穩(wěn)定的儀器91振幅大幅減小；箭頭f為振動源93大于等于100hz的高頻振幅示意，箭頭f1表示大于等于100hz的高頻振動中即使主動式減振器94的存在需要穩(wěn)定的儀器91振幅沒有減小。也就是說，對于低頻振動(一般情況為≤20hz)，被動式減振的效果驟然降低。此時需要主動式減振的介入。主動式減振系統(tǒng)是在被動式減振系統(tǒng)的基礎上安裝振動傳感器和位移器，由振動傳感器檢測臺面的振動，然后反饋到控制系統(tǒng)中，通過對臺面施加與振動反方向的位移來抵消振動的位移。主動式減振系統(tǒng)不僅能夠大幅改善被動式減振系統(tǒng)在低頻段的減振效果，而且不會出現(xiàn)共振。如圖2中所示，主動式減振器94置于需要穩(wěn)定的儀器91(參考表面m1)和振動源93表面(參考表面m0)之間，或者置于需要穩(wěn)定的儀器91(參考表面m1)和下方的被動式減振器(彈簧)之間，或者置于被動式減振器(彈簧)的下面和振動源93表面(參考表面m0)之間。主動式減振的原理是當振動源93向上(下)振動時，處于需要穩(wěn)定的儀器91和振動源93之間的主動式減振器94會在縱向收縮(膨脹)，以至于需要穩(wěn)定的儀器91底部的位置(參考表面m1)會因為振動源93表面(參考表面m0)向上但因為主動式減振器的收縮而下降，一個上升(下降)一個收縮(膨脹)導致儀器既不向上(下)也不向下(上)，保持了需要穩(wěn)定的儀器91(參考表面m1)的不動，達到減振效果。

5、雖然，對于1至50赫茲的振動，其主動式減振效果應該非常好。但目前的主動式減振只能做到將振幅限制在100納米以內。但對于將減振效果做到小于1納米這樣的振幅，目前沒有合適的減振裝置。其原因不是主動式減振原理上的問題，而是現(xiàn)有的測量振動位移的傳感器不夠精確所致。基于上述技術問題，發(fā)明人提出了本專利申請的技術方案。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種主動式減振系統(tǒng)，使得減振效果更好。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明的實施方式提供了一種主動式減振系統(tǒng)，包括：

3、下部裝置，所述下部裝置包括：底座、位于所述底座上方的基臺，以及驅動所述基臺相對于所述底座移動的下部位移器；所述基臺背離所述底座的一側具有第一參考面；

4、探針距離傳感裝置，所述探針距離傳感裝置的掃描探針位于所述第一參考面上方，用于探測所述第一參考面與該掃描探針之間的距離；

5、主控模塊，所述主控模塊與所述下部位移器和所述探針距離傳感裝置電性連接，所述主控模塊根據(jù)所述掃描探針測所述第一參考面與該掃描探針之間的距離控制所述下部位移器驅動所述基臺相對于所述底座移動。

6、本發(fā)明實施方式相對于現(xiàn)有技術而言，通過探針距離傳感系統(tǒng)作為傳感機制，來測量地面?zhèn)鱽淼恼駝又羴喖{米數(shù)量級精度，然后可通過下部位于器改變第一參考面與探針距離傳感系統(tǒng)的掃描探針之間的距離，即形成主動式減振的補償機制，從而達到相互間需要減振的兩個相對面之間距離得到亞納米精度的相對距離的穩(wěn)定。由此，將現(xiàn)有的幾十和幾百納米精度的主動式減振系統(tǒng)大幅提高至亞納米精度的主動式減振系統(tǒng)。

7、在一實施例中，所述主動式減振系統(tǒng)還包括：

8、上部裝置，所述上部裝置位于所述下部裝置的上方，且所述探針距離傳感裝置固定探針的部分與所述上部裝置相連，所述上部裝置朝向所述下部裝置的一側具有第二參考面。

9、在一實施例中，所述上部裝置包括：具有所述第二參考面的安裝臺，以及驅動所述安裝臺移動的上部位移器；

10、所述主控模塊與所述上部位移器和所述探針距離傳感裝置電性連接，所述主控模塊根據(jù)所述掃描探針所測的所述第一參考面與所述第二參考面之間的距離控制所述上部位移器驅動所述安裝臺相對于所述第一參考面移動。

11、在一實施例中，所述探針距離傳感裝置具有多個，所述下部位移器具有多個。

12、在一實施例中，所述主動式減振系統(tǒng)還包括：設置在所述基臺上的樣品臺；

13、所述探針距離傳感裝置至少具有四個，且各所述探針距離傳感裝置的掃描探針分別位于所述基臺的不同角端；所述樣品臺位于各所述探針距離傳感裝置的掃描探針圍成的區(qū)域之間。

14、在一實施例中，所述上部裝置用于連接掃描樣品的掃描探針顯微鏡系統(tǒng)，所述掃描探針顯微鏡系統(tǒng)與所述上部裝置相連。

15、在一實施例中，所述探針距離傳感裝置為探針原子力顯微鏡、探針靜電力顯微鏡、探針隧道電子顯微鏡或探針導電接觸模式傳感器；

16、所述下部位移器包括壓電驅動器或電磁驅動馬達。

17、在一實施例中，當所述探針距離傳感裝置為探針導電接觸模式傳感器；

18、所述探針導電接觸模式傳感器的探針以預設頻率振動，且所述探針接觸到所述第一參考面形成導電；所述主控模塊根據(jù)所述探針接觸到所述第一參考面形成的導電獲取所述探針在振動中接觸所述第一參考面所需要的時長。

19、在一實施例中，所述探針距離傳感裝置包括：與所述掃描探針相連的懸臂、連接所述懸臂背離掃描探針的一端以及所述下部裝置相連的支撐臂，以及設置在所述懸臂上的配重塊；所述懸臂位于所述第一參考面上方，且所述懸臂為彈性臂，所述懸臂可操作地在底座振動時相對于所述第一參考面振動。

20、本發(fā)明的實施方式提供了一種主動式減振系統(tǒng)，包括：

21、下部裝置，所述下部裝置的頂面具有第一參考面；

22、上部裝置，所述上部裝置位于所述下部裝置的上方，所述上部裝置包括：安裝臺，以及驅動所述安裝臺移動的上部位移器；所述安裝臺朝向所述下部裝置的一側具有第二參考面；

23、探針距離傳感裝置，所述探針距離傳感裝置與所述上部裝置相連，所述探針距離傳感系統(tǒng)的掃描探針位于所述第一參考面上方，用于探測所述第一參考面與所述第二參考面之間的距離；

24、主控模塊，所述主控模塊與所述上部位移器和所述探針距離傳感裝置電性連接，所述主控模塊根據(jù)所述掃描探針測所述第一參考面與所述第二參考面之間的距離控制所述上部位移器驅動所述安裝臺相對于所述下部裝置移動。

25、本發(fā)明的實施方式提供了一種主動式減振系統(tǒng)，包括：

26、下部裝置，所述下部裝置包括：底座、位于所述底座上方的基臺，以及驅動所述基臺相對于所述底座移動的下部位移器；所述基臺背離所述底座的一側具有第一參考面；

27、上部裝置，所述上部裝置位于所述下部裝置的上方，所述上部裝置朝向所述下部裝置的一側具有第二參考面；

28、探針距離傳感裝置，所述探針距離傳感裝置固定探針部分與所述下部裝置相連，所述探針距離傳感裝置的掃描探針朝向所述第二參考面，用于探測所述第一參考面與所述第二參考面之間的距離；

29、主控模塊，所述主控模塊與所述下部位移器和所述探針距離傳感裝置電性連接，所述主控模塊根據(jù)所述掃描探針測所述第一參考面與所述第二參考面之間的距離控制所述上部位移器驅動基臺相對于所述底座移動。

30、本發(fā)明的實施方式提供了一種主動式減振系統(tǒng)，包括：

31、下部裝置，所述下部裝置的頂面具有第一參考面；

32、上部裝置，所述上部裝置位于所述下部裝置的上方，所述上部裝置包括：安裝臺，以及驅動所述安裝臺移動的上部位移器；所述安裝臺朝向所述下部裝置的一側具有第二參考面；

33、探針距離傳感裝置，所述探針距離傳感裝置固定探針部分與所述下部裝置相連，所述探針距離傳感裝置的掃描探針朝向所述第二參考面，用于探測所述第一參考面與所述第二參考面之間的距離；

34、主控模塊，所述主控模塊與所述上部位移器和所述探針距離傳感裝置電性連接，所述主控模塊根據(jù)所述掃描探針測所述第一參考面與所述第二參考面之間的距離控制所述上部位移器驅動所述安裝臺相對于所述下部裝置移動。