磁铁的妙用：新发明让振动消失

Josiah02 · 发表于 2024-7-18 07:57:59

　　当所有物体都震动时，通常无法实现精确测量——每个曾经尝试用颤抖的手拍照或在颠簸的公交车上手写笔记的人都知道这一点。对于技术精密测量，即使是很小的振动也会造成重大问题，例如高性能显微镜或精确对准的望远镜镜面。即使是最小的振动，甚至人类无法察觉的振动，也会导致测量结果无法使用。
　　如今，维也纳科技大学发明了一种新型减振技术，它以一种不同寻常的方式解决了这些问题：使用电永磁体。这些磁体与普通永磁体一样，无需电源即可永久保持磁性，但它们还装有线圈，因此可以使用电脉冲极快地改变其磁化。例如，这使得主动抑制大型望远镜镜子的振动成为可能，从而显着提高其性能。
　　该研究发表在《IEEE 工业电子学报》杂志上。
　　纳米精度的浮动平台
　　Tu Wien 的减震系统由一个永久安装的底座和其上方的自由浮动平台组成。平台悬浮在空中，通过强大的磁力固定。然后，几个电磁执行器可以在几分之一秒内高精度地微调平台的位置——即使平台上安装了几公斤的负载。
　　维也纳技术大学自动化与控制技术研究所的 Ernst Csencsics 教授表示：“在诸如镜面部分的定位等敏感应用中，该平台的位置必须保持稳定在几十纳米的范围内。”
　　“这只有当你能补偿哪怕是微小的地面振动时才有可能，比如当有人走过实验室外面时发生的振动，或由正常的建筑物振动引起的振动。”
　　因此，必须极其精确地测量平台的位置，并立即抵消任何移动。这样可以非常有效地抑制振动，尤其是低频振动，这通常是此类应用中的问题。
　　电磁铁需要恒定的功率
　　“电磁铁通常用于这种主动减振，”研究所所长 Georg Schitter 教授解释道。“电流在磁场中流过线圈，根据电流强度的不同，可以产生不同的力。这种方法非常快速和精确。”
　　然而，这项技术的一个主要缺点是电流必须持续流动，否则磁力会立即消失。另一方面，永磁体一旦被非常强的磁场磁化，就可以在没有任何外部能量供应的情况下长时间保持其磁性。
　　我们日常所见的永磁体（如磁性板或冰箱贴）也是这样制造的：你需要一种合适的可磁化材料，并将其暴露在强磁场中一次。这会在材料中形成磁序，使其永久保持磁性。
　　有针对性地重新磁化永磁体
　　研究人员现在已经成功地利用所谓的电永磁体将电磁铁和永磁体在减震方面的优点结合起来。
　　Csencsics 说道：“这是一个永磁体，还装有线圈。”
　　只要永磁体的强度在正确的范围内，就不需要任何电力，悬浮平台就能固定在原位。只需要通过执行器采取一些小的校正措施来补偿振动。
　　然而，如果永磁体的强度不再合适，例如因为悬停平台上的重量发生了变化，或者因为需要倾斜，那么就使用更激烈的方法：通过线圈发送短而强的电流脉冲，瞬间产生非常强的磁场，从而改变永磁体的磁化强度。
　　通过选择正确的磁脉冲强度，可以将永磁体设置为新的工作点，然后它再次保持恒定而无需能量供应。
　　工作原型，正在申请专利
　　这种控制可以实现自动化：系统自动识别是否仍然接近所需的工作点或是否需要重新磁化。
　　Csencsics 表示：“我们在过去两年内开发了必要的控制技术，目前效果非常好。”在 Tu Wien 研究和转让支持团队的支持下，该发明已获得专利。
　　Schitter 说道：“通过我们的原型，我们已经证明了极其精确且节能的振动抑制是可能的。”
　　“例如，该技术非常适合由多个镜面部分组成的大型望远镜。望远镜必须能够对准天空的不同区域，然后镜面必须以高精度对准并在每个位置保持稳定。这正是我们的技术最理想的用途。”
　　但原则上，电永磁减振技术当然也可以应用于其他领域，例如半导体芯片和大型高质量光学器件的精密生产、自适应执行器或基于实验室的精密测量技术。
　　研究人员表示：“无论您在哪里需要最高精度但又可能受到振动的干扰，我们的技术都是一个有趣的解决方案。”

账号		自动登录	找回密码
密码			立即注册