主动隔振的隔振下限通常在数赫兹到数十赫兹之间,再往下会碰到反馈控制的相位滞后。LFS-3 的作用是把这一段补上:它单独测量地基振动并作为前馈输入,让隔振起点下移到 0.5Hz。这类配置常见于 Unisoku USM1300 系列等低温 STM 设备。
1. 低频段为什么难
常规做法是反馈控制:传感器测到振动,控制器算出反向补偿力,执行器输出抵消。每增加一个环节就增加一点时间。在几赫兹以上,这点延迟影响不大;到 1Hz 以下,振动周期本身超过 1 秒,控制环路稍慢半步,补偿力就可能与振动错开相位。而低频振动多来自建筑结构与地面传导,幅值不大但持续存在,往往正好落在设备敏感的工作区间,这一段是被动隔振与常规反馈控制都接不住的位置。
2. 前馈探测的思路
前馈控制不等振动传到设备上再补偿,而是在振动到达之前先把信号取进来。LFS-3 直接放置于地面,测量地基振动状态,把数据实时交给控制器,由控制器提前计算补偿量,从原理上绕开响应滞后。这对传感器有两项要求:测量下限要足够低,否则取不到需要补偿的频段;本身不能成为误差源,温度漂移与安装方式都会影响结果。前馈与反馈并行工作,前者解决低频段的提前量,后者保证闭环稳定性。
3. LFS-3 的参数与配合方式
LFS-3 与 AVI 系列主动隔振模块共用同一套控制系统。现场布置时,探测器放在设备附近的地面,与主动模块构成前馈加反馈的双通路。
| 参数 | 规格 |
|---|---|
| 测量频率下限 | 约 0.2 Hz |
| 测量方向 | 三轴(X / Y / Z)加速度 |
| 核心作用 | 前馈控制,增强超低频隔振 |
| 兼容性 | AVI-200 / 400 / 600 系列 |
| 安装方式 | 直接放置于地面,无需额外维护 |
4. 频段覆盖与适用场景
单独使用 AVI-400/200 主动隔振模块时,有效频段从数赫兹开始。接入 LFS-3 后,主动隔振频率范围扩展为 0.5 至 200Hz,200Hz 以上由被动隔振承担,六个空间方向均在控制范围内。响应时间 5 至 20ms,单模块承重 200 至 400kg,系统负载范围 0 至 1800kg。
| 场景类型 | 为什么需要超低频段 |
|---|---|
| 低温 STM 与探针类设备 | 探针与样品间距控制精度高,低频扰动直接反映在成像上 |
| 地下层或车库同层实验室 | 建筑结构与车辆通行带来的振动集中在低频段 |
| 高层实验室 | 楼体自身摆动频率低,常规隔振方案覆盖不到 |
| 对成像重复性要求高的场合 | 低频扰动会拉低多次实验之间的一致性 |
USM1300 系列属于超高真空、极低温、高磁场 STM 系统,探针与样品间距的控制精度要求高,1Hz 以下的低频扰动会直接反映在成像上。优尼康科技为 Unisoku 低温 STM 设备提供超低频主动减震配套,涵盖现场振动勘测、方案设计、设备供货与安装调平。若现场主要振动在数赫兹以上,单独配置主动隔振模块即可;是否需要 LFS-3,建议先做一次现场振动勘测再决定。