二维复摆倾斜隔振特性的实验研究
摘要
引力波是人类观察宇宙的一种全新的方式。引力波不是某种可检测的离散量子粒子
与另一种粒子相互作用，产生某种电子设备中的可检测信号，而是在空间结构中起涟漪
的作用。目前，在各种引力波探测器中，激光干涉引力波探测器以其宽带宽和高灵敏度
的优势成为主流。为了捕获宽频带(从几赫兹到几千赫兹)的引力波，需要抑制各种噪声
干扰。因此，低频隔振技术成为引力波探测实验的重要问题之一。
本文主要是针对引力波探测装置分析并设计一种反馈式复摆倾斜隔振装置。由于引
力波探测装置是非常精密的实验装置，为了能更好的提高倾斜隔振的效果，所以，本文
对二维复摆倾斜隔振特性的实验研究，分别从复摆的设计与理论分析、有限元软件仿真
以及在原有的机械装置上加入硬件电路反馈控制等多个部分进行分析研究与实验。本文
的主要研究内容分为以下的几个方面：
针对引力波探测过程中的隔振问题，完成对复摆的详细的理论分析与整体的模型建
立。为了更加详细的了解复摆的隔振特性，将复摆整体分为三个部分进行理论分析，得
出复摆倾斜振动的传递函数，由传递函数可以得到该系统的幅频特性曲线。为了检验复
摆理论分析的准确性与可行性，在理论分析之后进行有限元软件的仿真实验，在此基础
上给出了硬件电路反馈部分的整体方案。
进行电容检测与压电陶瓷驱动部分的分析。在位移传感装置的基础上设计一款电容
传感电路将位移传感装置的电容改变量转化为可变观察的电压改变量，随后又进行采集
卡的选择以及采集卡USB3151的功能的详细介绍，并进行压电陶瓷驱动电路芯片的选
择工作，并介绍压电陶瓷在应用的同时本身存在的一些问题。在前面的基础上需要引入
PID控制模块，并对PID控制模块应用LabVIEW软件进行编写。
最后进行复摆的倾斜隔振开环与闭环实验。在上述所有的工作完成以后，对复摆整
体倾斜隔振装置进行了开环实验与闭环实验的对比分析，在PID控制的情况下，Y轴方
向上在频率3.17Hz附近幅值衰减20dB左右，固有频率减小，谐振峰值也有所降低；X
轴方向上在频率3.28Hz附近幅值衰减30dB左右，固有频率同样有所减小，谐振峰值也
有所降低。经过实验结果的对比分析发现在有PID控制参与情况的主动隔振取得良好的
倾斜隔振效果。
关键词：引力波；复摆；倾斜隔振；反馈电路；PID控制
哈尔滨工程大学专业学位硕士学位论文
Abstract
Gravitationalwavesareanentirelynewwayoflookingattheuniverse.Insteadofsome
discrete,detectablequantumparticleinteractingwithanothertoproduceadetectablesignalin
someelectronicdevice,gravitationalwavesactasripplesinthefabricofspace.Atpresent,
thelaserinterferometricgravitationalwavedetectorhasbecomethemainstreamofallkinds
ofgravitationalwavedetectorsforitsadvantagesofwidebandandhighsensitivity.Inorder
tocapturegravitationalwavesinawideband(fromafewHertztoafewthousandHertz),
variousnoiseinterferenceneedstobesuppressed.Therefore,lowfrequencyvibration
isolationtechnologyhasbecomeoneoftheimportantproblemsingravitationalwave
detectionexperiments.
Thispapermainlyanalyzesanddesignsa