脉管制冷机振动的形成机理及减振方法研究

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1、脉管制冷机振动的形成机理及减振方法研究低温与超导第37卷第8期Cryo.&Supereond.Vol_37No.8脉管制冷机振动的形成机理及减振方法研究王超,邱利民,董文庆,甘智华(浙江大学制冷与低温研究所,杭州310027)摘要:振动水平是低温制冷机的重要性能指标之一,而振动问题往往是低温制冷机应用于冷却敏感仪器的最主要瓶颈.系统介绍了低温制冷机的振动测量方法和振动形成机理的研究进展,并对目前低温制冷机的主要减振措施进行了整理与归纳.还对目前低温制冷机减振措施中存在的问题和发展趋势做了探究.关键词:低温制冷机;振动测量;减振Studyonvibrat

2、ionmechanismofpulsetubecryocoolerandvibration—-reductionmethodsWangChao,QiuLimin,DongWenqing,GanZhihua(InstituteofRefrigerationandCryogenics,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)Abstract:Vibrationisoneoftheimportantperformanceparametersoferyocoolers.Thevibrationproblemhasbecomeam

3、ainobstructionduringcryocooler~appficationinthecoolingofvibration—sensitiveinstrumentation.Thisarticleslvesansun1.maryofthevibrationmeasi1/~nlentandthevibrationmechanismofcryoooolers.Mainvibration—reductionmethods8reintroducedindetails.TheR&Dtendenciesofvibration—reductionisalSO

4、discussed.Keywords:Cryocooler,Vibrationmeasurement,Vibration—reduction1介绍磁共振成像系统,超导量子干涉仪以及X射线探测仪等敏感仪器的冷却都对低温制冷机的振动提出了苛刻的要求.与液氮,液氦等低温工质的冷却方法不同,制冷机引起的振动和噪声,会对仪器的性能产生影响,甚至破坏其探测性能J.例如,在磁共振成像系统中,振动会影响到磁场均匀性和图像分辨率.由于本质上的低振动水平,脉管制冷机对于上述器件的冷却来说是一个有力的候选者….然而,即使微小的振动,对敏感仪器来说都可能是不可接受的.例如,低温激光干

5、涉探测仪(Cryo.genicLaserInterferometerObservatory)对低温制冷机的振动水平要求为10I9,,/Hz.而目前振动水平仅为10一'~//Hz…;用以冷却能量色散x射线光谱仪(EnergydispersiveX—rayspectrosco—py)的脉管制冷机,振动容忍加速度为0.001g,而对其在驱动频率下加速度进行模拟为0.O15g,它是容忍水平的l5倍引.因此尽管低温制冷机的振动问题不可避免,但任何减少这种振动的措施都是有意义的.为此,本文对近年来国内外低温制冷机的振动测量方法,振动形成机理以及减振措施进行了分析归纳和总结

6、.2低温制冷机振动测量方法低温制冷机振动水平主要通过测量振动加速度和振动光谱得出的振动位移或加速度大小来表征.对于加速度,速度,位移三个振动参量,只要知道其中一个,就可以通过微积分变换求出另外两个.对于位移测量,一般采用激光位移传感器.对于加速度测量,基于其低温制冷机不同的振动水平,采用的加速度测量仪器也有所不同.一般根据测量范围可分为压电式加速度传感器和激光加速器.另外,要对振动进行频谱分析.通过频谱分析可以求得振动信号的各种频率成分及幅值相位,对研究被测对象的振动特性是有意义的l9.常用的振动表征量及其测量装置列于表1.收稿13期:2009一O6—24基金

7、项目:国家自然科学基金项目(50825601)资助.作者简介:王超(1988一),男,硕士研究生,主要从事低温制冷机研究.?2?本期头条Focus第8期表1振动表征量及测量装置Tab.1CharacterizationsofvibrationanddevicesforvibrationmeasurementT.TomaruLl等在研究脉管减振效果时,两处振动测量位置分别为地面和低法兰处(LowerFlange),如图1所示.由于激光加速器的体积较大,将其固定在不锈钢平台上.振动光谱通过光谱分析仪(Agilent35670A)测量得到.为达到足够的分辨率,数据的

8、采集分为三个频率段:l2.5Hz以下,