Esta sección ayudará a los ingenieros y científicos a obtener una comprensión general de los sistemas activos de aislamiento de vibraciones, cómo funcionan, cuándo deben aplicarse y qué limitaciones tienen. Se ha prestado especial atención a la industria de fabricación de semiconductores, ya que han surgido muchas aplicaciones en este campo.
5.1 Historia
Los sistemas de control de retroalimentación han existido durante cientos de años, pero han tenido su mayor crecimiento en el siglo XX. Durante la Segunda Guerra Mundial, se hicieron avances muy rápidos a medida que la tecnología se aplicaba a los sistemas de defensa. Estos desarrollos continuaron, e incluso hoy la mayoría de los textos sobre sistemas de control presentan ejemplos como el control de aviones de combate y los sistemas de guía de misiles.
Los sistemas activos de aislamiento de vibraciones fueron una extensión de los sistemas de control electromecánico desarrollados para la defensa. Ya en la década de 1950, se desarrollaron sistemas activos de cancelación de vibraciones para aplicaciones como asientos de helicópteros. Por lo tanto, los sistemas de control activo específicamente para el control de vibraciones han existido durante más de 60 años. En la industria de control de vibraciones de precisión, los sistemas activos de aislamiento de vibraciones han estado disponibles durante casi 20 años. Hay muchas razones por las que han tardado en llegar a un uso más amplio.
La mayoría de los sistemas activos de aislamiento de vibraciones son relativamente complejos, costosos y, a menudo, solo proporcionan mejoras marginales en el rendimiento en comparación con las técnicas convencionales de aislamiento pasivo de vibraciones. También son más difíciles de configurar, y su electrónica de soporte a menudo requiere un ajuste. No obstante, los sistemas activos pueden proporcionar una función que simplemente no es posible con sistemas puramente pasivos.
Dos cosas han llevado al renovado interés en los sistemas activos de control de vibraciones en los últimos años. El primero es el rápido crecimiento de la industria de los semiconductores y, en segundo lugar, el deseo de producir más semiconductores, más rápido y a menor costo. Los procesos de litografía e inspección generalmente implican colocar la oblea de silicio en relación con los componentes ópticos críticos (u otros) colocando la oblea en una etapa de movimiento pesado y / o rápido. A medida que estas etapas escanean de un sitio a otro en la oblea, hacen que todo el instrumento rebote y rdquo; en el sistema de aislamiento de vibraciones. Aunque el movimiento del instrumento puede ser pequeño después de tal movimiento (unos pocos mm), la resolución del instrumento se acerca y, en algunos casos, desciende por debajo de 1 nm. Los instrumentos con este tipo de resolución son inevitablemente sensibles incluso a los niveles de vibración más pequeños. Los sistemas activos ayudan en estos casos al reducir los movimientos residuales de una carga útil aislada después de que ocurren tales movimientos de etapa.
El segundo cambio que ha hecho que los sistemas activos sean más populares ha sido el avance en las técnicas de procesamiento de señales digitales. En general, un sistema activo basado en electrónica analógica superará a un sistema digital. Esto se debe al bajo ruido inherente y a los anchos de banda anchos disponibles con la electrónica analógica de alto rendimiento. (Un amplificador operacional relativamente económico puede tener una resolución equivalente de 30 bits y una & ldquo; frecuencia de muestreo & rdquo; de muchos MHz.) La electrónica analógica también es económica. El problema con los sistemas analógicos es que deben ajustarse manualmente y no pueden (fácilmente) lidiar con la retroalimentación no lineal o las aplicaciones de avance (consulte la Sección 5.4.3). Los controladores digitales tienen el potencial de ajustarse automáticamente y manejar algoritmos de retroalimentación no lineal y de avance. Esto permite que los sistemas activos se usen más fácilmente en aplicaciones OEM (como la industria de semiconductores). También se pueden programar para realizar una variedad de tareas, cambiar automáticamente entre tareas a pedido y pueden tener actualizaciones de software que & ldquo; reconectar & rdquo; El sistema de retroalimentación sin levantar un soldador. Para ampliar la comprensión del lector de los costos y beneficios de estos sistemas, hemos proporcionado una breve introducción a la terminología y las técnicas de los sistemas de servo control.
5.2 Servos & amp; Terminología
Aunque la terminología para los sistemas activos es bastante universal, existen algunas variaciones. La siguiente discusión presenta la terminología utilizada por TMC y debería ayudarlo con los conceptos involucrados en los sistemas activos. La base de todos los sistemas de control activo se ilustra en la Figura 16.
Contiene tres elementos básicos:
- El bloque etiquetado & ldquo; G & rdquo; se llama planta y representa el comportamiento de su sistema mecánico (o electrónico, hidráulico, térmico, etc.) antes de aplicar cualquier comentario. Representa una función de transferencia, que es la relación entre la salida del bloque y su entrada, expresada en función de la frecuencia. Esta relación tiene tanto una magnitud como una fase y puede o no ser unitaria. Por ejemplo, puede representar una función de transferencia de vibración donde la entrada (línea a la izquierda) representa el movimiento del suelo y la salida (línea a la derecha) representa el movimiento de una mesa.
Un ciclo de retroalimentación básico consta de tres elementos: la planta, la compensación y la unión de suma.
- En este caso, la relación no tiene unidades. Si la entrada es una fuerza y la salida una posición, entonces la función de transferencia tiene unidades de (m / N). La función de transferencia de G tiene un nombre especial: la función de transferencia de planta . Todas las funciones de transferencia (G, H, el producto GH, etc.) están representadas por números complejos (números con componentes reales e imaginarios). A cualquier frecuencia dada, un número complejo representa un vector en el plano complejo. La longitud y el ángulo de ese vector representan la magnitud y la fase de la función de transferencia.
- El bloque etiquetado & ldquo; H & rdquo; se llama compensación y generalmente representa su servo. Para un sistema de aislamiento de vibraciones, puede representar la función de transferencia total para un sensor que monitorea la salida de la planta (un acelerómetro), algunos filtros electrónicos, amplificadores y, por último, un actuador que produce una fuerza que actúa sobre la carga útil. En este ejemplo, la respuesta tiene una magnitud, fase y unidades de (N / m). Tenga en cuenta que la función de transferencia de bucle para el sistema, que es el producto (GH), no debe tener unidades. La función de transferencia de bucle es la cantidad más importante en el análisis de rendimiento y estabilidad de un sistema de control y se discutirá más adelante.
- El círculo es una unión sumatoria. Puede tener muchas entradas que se suman para formar una salida. Todas las entradas y la salida tienen las mismas unidades (como la fuerza). Se imprime un signo más o menos junto a cada entrada para indicar si se suma o resta. Tenga en cuenta que la salida de H siempre se resta en esta unión, lo que representa el concepto de retroalimentación negativa. La salida de la unión sumadora a veces se denomina señal de error o punto de error en el circuito.
Se puede demostrar que la función de transferencia de circuito cerrado para el sistema viene dada por la Ecuación 16. Esta es quizás la relación más importante en la teoría de control. El denominador 1 + GH se llama ecuación característica, ya que la ubicación de sus raíces en el plano complejo determina la estabilidad de un sistema. Hay varias otras propiedades que son inmediatamente obvias por la forma de esta ecuación.
Primero, cuando la ganancia del bucle (la magnitud | GH |) es mucho menor que uno, la función de transferencia de bucle cerrado es solo el numerador (G). Para ganancias de bucle grandes (| GH | & gt; & gt; 1), la ganancia de bucle reduce o suprime la función de transferencia. Por lo tanto, el servo tiene su mayor impacto en el sistema cuando la ganancia del bucle está por encima de ganancia de unidad . El intervalo de frecuencia entre las frecuencias de ganancia unitaria o los puntos de ganancia unitaria es el ancho de banda activo para el servo. En la práctica, no está permitido hacer que la ganancia del bucle sea arbitrariamente alta entre los puntos de ganancia de la unidad y aún así tener un servo estable. De hecho, existe un límite para la rapidez con que se puede aumentar la ganancia cerca de las frecuencias de ganancia unitaria. Debido a esto, la ganancia de bucle para un sistema generalmente está limitada por el ancho de banda disponible.
Otro resultado obvio de la Ecuación 16 es que las únicas frecuencias donde la función de transferencia de bucle cerrado puede ser grande es donde la magnitud de | GH | Ecuación 1, y su fase se acerca a 180 °. A medida que la cantidad de GH se acerca a este punto, su valor se aproxima a (-1), el denominador de la ecuación 16 se vuelve pequeño y la respuesta de bucle cerrado se vuelve grande. La diferencia entre la fase de GH y 180 & deg; a una frecuencia de ganancia unitaria para GH se llama margen de fase. Cuanto mayor sea el margen de fase, menor será la amplificación en los puntos de ganancia unitaria. Sin embargo, resulta que los márgenes de fase más grandes también disminuyen la ganancia del servo dentro de su ancho de banda activo. Por lo tanto, elegir el margen de fase es un compromiso entre ganancia y estabilidad en los puntos de ganancia de unidad. La amplificación con ganancia unitaria siempre sucederá para márgenes de fase inferiores a 60 °. La mayoría de los servos están diseñados para tener un margen de fase entre 20 y deg; y 40 & deg ;. La amplificación en las frecuencias de ganancia de unidad de un servo aparece como nuevas resonancias en el sistema.
5.3 Cancelación activa de vibración
La sección anterior proporcionó una imagen cualitativa de cómo funcionan los servos e introdujo los conceptos y la terminología generales. En realidad, la mayoría de los sistemas activos de cancelación de vibraciones son mucho más complejos que la figura simple que se muestra en la Figura 16. Por lo general, se controlan de 3 a 6 grados de libertad (DOF): tres movimientos de traslación (X, Y y Z), y tres rotacionales (balanceo, cabeceo y guiñada). Además, puede haber muchos tipos de sensores en un sistema, como sensores de altura para nivelar el sistema y acelerómetros para detectar los movimientos de la carga útil. Estos se combinan en un sistema que utiliza servo bucles paralelos o anidados. Si bien estos pueden representarse mediante diagramas de bloques como el de la Figura 16 y se analizan utilizando las mismas técnicas, los detalles pueden llegar a ser bastante complicados. Sin embargo, hay algunas reglas generales que se aplican a los servos de cancelación activa de vibraciones en particular.
Sensores múltiples. Aunque puede tener tanto un acelerómetro que mida el movimiento de inercia de una carga útil como un sensor de posición que mida su posición con respecto a la tierra, no puede usar ambos en ningún momento frecuencia. En otras palabras, el ancho de banda activo para un servo de posición no puede solaparse con el ancho de banda activo para un servo acelerómetro. Intuitivamente, esto solo dice que no puede forzar la carga útil a rastrear dos sensores independientes al mismo tiempo. Esto tiene algunas consecuencias serias.
Bloquear una carga útil en un sensor de inercia (un acelerómetro) hace que la carga útil sea más silenciosa; sin embargo, la salida del acelerómetro no contiene información sobre la ubicación de la tierra. Del mismo modo, bloquear una carga útil en un sensor de posición forzará una carga útil a seguir la tierra más de cerca & ndash; incluyendo las vibraciones de la tierra. ¡No puede tener una carga útil, seguir la tierra de cerca y tener un buen rendimiento de aislamiento de vibraciones! Por ejemplo, si necesita más aislamiento de vibraciones a 1 Hz, debe aumentar la ganancia de la porción del acelerómetro del servo. Esto significa que el servo que posiciona la carga útil con respecto a la tierra debe reducir su ganancia. El resultado es una plataforma más silenciosa, pero que lleva más tiempo volver a su posición nominal cuando se la molesta. Esto se discute más en la Sección 5.6.
Límites de ganancia en los servos de posición. Como se mencionó anteriormente, los sensores de posición también acoplan la vibración del suelo a una carga útil. Esto establece un límite práctico en la frecuencia de ganancia unitaria para un servo de control de altura (como el sistema de posicionamiento electrónico de precisión PEPS & reg; TMC). Para evitar degradar el rendimiento de aislamiento de vibraciones de un sistema, la frecuencia de ganancia unitaria para PEPS se limita a menos de 3 Hz. Esto a su vez limita su ganancia de baja frecuencia (que determina qué tan rápido el sistema vuelve a nivelar después de una perturbación). Sus principales ventajas son un posicionamiento más preciso (hasta 100 veces más preciso que una válvula mecánica), una mejor amortiguación, un mejor aislamiento de vibraciones de alta frecuencia y la capacidad de dirigir y dirigir electrónicamente; la carga útil utilizando entradas de avance (discutido más adelante). No mejorará la rapidez con que se volverá a nivelar una carga útil. * PEPS también se puede combinar con el sistema PEPS-VX & reg; de TMC, que utiliza sensores de carga útil inerciales para mejorar los niveles de vibración en la carga útil.
Resonancias estructurales. Otra preocupación importante en los sistemas activos de aislamiento de vibraciones es la presencia de resonancias estructurales en la carga útil. Estas resonancias forman el límite de ancho de banda práctico para cualquier servo de aislamiento de vibración que utiliza sensores inerciales directamente montados en la carga útil. Incluso una carga útil bastante rígida tendrá sus primeras resonancias en el rango de frecuencia de 100-500 Hz. Esto sería aceptable si estos estuvieran bien amortiguados. En la mayoría de las estructuras, sin embargo, no lo son. Esto limita el ancho de banda de tales servos a alrededor de 10-40 Hz. Aunque un servo de diseño personalizado puede funcionar mejor, un sistema genérico de cancelación activa de vibraciones listo para usar rara vez lo hace.
5.4 Tipos de sistemas activos
Aunque hemos aludido a & ldquo; position & rdquo; y & ldquo; aceleración & rdquo; servos, en realidad estos sistemas pueden tomar muchas formas diferentes. Además, el rendimiento básico del servo en la Figura 16 puede aumentarse utilizando feedforward. Las siguientes secciones presentan las configuraciones más comunes y discuten brevemente sus méritos relativos.
El bucle de retroalimentación inercial básico utiliza un sensor de carga útil y un actuador de fuerza, como un altavoz y ldquo; bobina de voz, & rdquo; para afectar la retroalimentación. Feedforward se puede agregar al ciclo en varios puntos.
5.4.1 Comentarios inerciales
Con mucho, el tipo más popular de sistema de cancelación activa ha sido el sistema de retroalimentación inercial, ilustrado en la Figura 17. Tenga en cuenta que los aisladores neumáticos se han modelado aquí como un simple resorte. Sin tener en cuenta la entrada de avance y el sensor de movimiento de tierra (discutido en la Sección 5.4.3), la ruta de retroalimentación consiste en un sismómetro, filtro y actuador de fuerza (como un altavoz y ldquo; bobina de voz y rdquo;). El sismómetro mide el desplazamiento entre su masa de prueba y la carga útil aislada, filtra esa señal y luego aplica una fuerza a la carga útil de tal manera que este desplazamiento (X 1 - X 2 ) es constante y ndash; anulando así la salida del sismómetro. Dado que la única fuerza que actúa sobre la masa de prueba proviene de la compresión de su resorte, y esa compresión se mantiene constante (X 1 - X 2 & asymp; 0), se deduce que la masa de prueba está aislada de forma activa Del mismo modo, dado que la carga útil aislada se ve obligada a seguir la masa de prueba, también debe aislarse de la vibración. Los detalles de este tipo de servo se pueden encontrar en muchas referencias. **
El rendimiento de este tipo de sistema siempre está limitado por el ancho de banda del servo. Como se mencionó anteriormente, las resonancias estructurales en la carga útil aislada limitan el ancho de banda en sistemas prácticos a 10-40 Hz (normalmente hacia el extremo inferior de este rango). Este tipo de sistema también es & ldquo; AC acoplado & rdquo; ya que el sismómetro no tiene & ldquo; DC & rdquo; respuesta. Como resultado, estos servos tienen dos frecuencias de ganancia de unidad & ndash; típicamente a 0.1 y 20 Hz. Esto se ilustra con mayor detalle en la Sección 5.6. Como resultado, el servo alcanza una ganancia máxima de alrededor de 20-40 dB a ~ 2 Hz y ndash; La frecuencia natural del montaje pasivo de resorte para el sistema. La respuesta de circuito cerrado del sistema tiene dos nuevas resonancias en las frecuencias de ganancia unitaria de ~ 0.1 y ~ 20 Hz. Debido al pequeño ancho de banda de estos sistemas (solo alrededor de dos décadas en frecuencia), la ganancia no es muy alta, excepto en la frecuencia resonante natural (bucle abierto) de la carga útil. La alta ganancia allí suprime por completo esa resonancia. Por esta razón, es útil pensar en estos sistemas como sistemas de amortiguación inercial, que tienen la propiedad de amortiguar la resonancia principal del sistema sin degradar el rendimiento del aislamiento de vibraciones. (La amortiguación pasiva también puede amortiguar esta resonancia, pero aumenta significativamente la alimentación de vibraciones desde el suelo).
5.4.2 Más limitaciones de ancho de banda
Estos servos también están limitados en qué tan baja su frecuencia de ganancia de unidad más baja puede ser empujada por el ruido en el sensor de inercia. Esto se describe en detalle en la referencia de la nota a pie de página 2. Prácticamente todos los sistemas comerciales activos de cancelación de vibraciones usan geófonos para sus sensores inerciales. Estos son sismómetros simples, compactos y económicos utilizados en la exploración geofísica. Superan en gran medida incluso los acelerómetros piezoeléctricos de alta calidad a frecuencias de 10 Hz e inferiores. Sin embargo, su rendimiento de ruido no es adecuado para impulsar el ancho de banda de un sistema de retroalimentación inercial por debajo de ~ 0.1 Hz. Para romper esta barrera, uno necesitaría usar sensores mucho más caros, y el costo total de un sistema ya no sería comercialmente factible.
Otra baja frecuencia & ldquo; wall & rdquo; que limita el ancho de banda de un sistema surge cuando la técnica de retroalimentación inercial se aplica en dirección horizontal. (Tenga en cuenta que un sistema de seis grados de libertad [DOF] tiene tres y ldquo; vertical & rdquo; y tres y ldquo; horizontales y rdquo; servos. Los DOF horizontales son aquellos controlados utilizando actuadores de accionamiento horizontal y ndash; X, Y y giro [guiñada]). Este es el problema de la inclinación al acoplamiento horizontal. Si empuja una carga útil hacia los lados con actuadores horizontales y se inclina, los sensores inerciales leen la inclinación como una aceleración e intentan corregirla acelerando la carga útil & ndash; lo cual, por supuesto, es lo incorrecto que hacer. Este efecto es una limitación fundamental que tiene sus raíces en el Principio de Equivalencia de Einstein, que establece que es imposible distinguir entre una aceleración y un campo gravitacional uniforme (que introduce una inclinación). La única solución a este problema es no inclinar una carga útil cuando la empuja. Esto es muy difícil de hacer, especialmente en geometrías (como equipos de fabricación de semiconductores) que no están diseñadas para cumplir con este requisito. Finalmente, uno se ve obligado a usar una combinación de actuadores horizontales y verticales para afectar a un & ldquo; puro & rdquo; accionamiento horizontal Esto se convierte en un & ldquo; ajuste fino & rdquo; problema, que incluso en el mejor de los casos produce resultados marginales. TMC prefiere otra solución.
Sistemas horizontales pasivos. En lugar de utilizar un sistema activo para obtener un & ldquo; efectivo & rdquo; baja frecuencia de resonancia, hemos desarrollado un sistema de aislamiento pasivo capaz de sintonizarse a tan solo 0.3 Hz en los DOF horizontales. Nuestro CSP & reg; (Sistema de péndulo subhercio compacto) no solo es una forma más confiable y rentable de eliminar la resonancia del aislador de 1-2 Hz, sino que también proporciona un mejor aislamiento de vibración horizontal de hasta 100 Hz o más; mucho más allá de lo práctico para un sistema activo. Desafortunadamente, tales técnicas pasivas son muy difíciles de implementar para la dirección vertical. TMC recomienda el uso de sistemas como nuestro PEPS-VX & reg; Sistema de cancelación activa para humedecer los tres & ldquo; vertical & rdquo; DOFs. Los sistemas activos basados en PZT, como TMC & rsquo; s STACIS & reg ;, utilizan otro enfoque que permite el control activo de los DOF horizontales (consulte la Sección 5.4.4).
5.4.3 Feedforward
El rendimiento del sistema de retroalimentación inercial en la Figura 17 se puede mejorar con la adición de feedforward. En general, la retroalimentación es mucho más difícil que la retroalimentación, pero ofrece una forma de mejorar el rendimiento de un sistema cuando el servo de retroalimentación tiene un ancho de banda limitado. Hay dos tipos de & ldquo; feedforward & rdquo; sistemas que son bastante diferentes, aunque comparten el mismo nombre.
Avance vibratorio. Este esquema implica el uso de un sensor de movimiento de tierra y se ilustra en la Figura 17. Conceptualmente, es bastante simple: si la tierra se mueve hacia arriba en una cantidad & # 8710; z, la carga útil siente una fuerza a través de la compresión del resorte igual a K s & # 8710; z. Sin embargo, el sensor de movimiento del suelo detecta este movimiento y aplica una fuerza igual y opuesta a la carga útil. Las fuerzas que actúan sobre la carga útil & ldquo; cancelar, & rdquo; y la carga útil no se ve afectada. & ldquo; Cancelar & rdquo; está entre comillas porque es un término muy abusado. Implica una cancelación perfecta y ndash; que nunca pasa En sistemas reales, debe considerar qué tan bien se cancelan estas dos fuerzas. Por una variedad de razones, es difícil que estas fuerzas coincidan mejor que alrededor del 10%, lo que resultaría en un factor de mejora de 10 en la respuesta del sistema. Hacer coincidir estas fuerzas con el nivel del 1% es prácticamente imposible. Las razones son numerosas: el sensor suele ser un geófono, que no tiene un & ldquo; plano & rdquo; respuesta frecuente. Su respuesta debe ser & ldquo; aplanada & rdquo; por un filtro conjugado cuidadosamente combinado. La ganancia de esta señal debe coincidir cuidadosamente para que la fuerza producida por el actuador sea exactamente igual en magnitud a las fuerzas causadas por el movimiento del suelo. Estas ganancias y las propiedades del filtro conjugado & ldquo; & rdquo; debe permanecer constante dentro de un porcentaje con el tiempo y la temperatura. La igualación de ganancia también es extremadamente difícil si la distribución de masa del sistema cambia, lo cual es común en una aplicación de equipo semiconductor. Por último, el nivel de cancelación está limitado por el ruido inherente del sensor (ruido de fondo).
Otro factor limitante para la alimentación vibratoria es que se convierte en un sistema de retroalimentación si el piso no es infinitamente rígido (lo cual no es). Esto se debe a que el actuador, al empujar la carga útil, también empuja contra el piso. El piso se desviará con esa fuerza, y el sensor detectará esa desviación. Si el nivel de la señal producida por esa desviación es lo suficientemente grande, entonces se forma un bucle de retroalimentación inestable.
Debido a los numerosos problemas asociados con el avance vibratorio, TMC no lo ha perseguido. De hecho, aunque está disponible en otros proveedores, no sabemos de ninguna aplicación comercial exitosa de la técnica. Sin embargo, es posible, con controladores y algoritmos DSP cada vez más sofisticados, que sea más atractivo en el futuro. La técnica que se utiliza con éxito es el comando feedforward.
Comando Feedforward. También se muestra en la Figura 17, el comando feedforward solo es útil en aplicaciones donde se aplica una fuerza conocida a la carga útil, y hay disponible una señal proporcional a esa fuerza. Afortunadamente, este es el caso en los equipos de fabricación de semiconductores donde la principal perturbación de la carga útil es una etapa móvil que maneja una oblea.
El concepto aquí es muy simple. Se aplica una fuerza a la carga útil de una magnitud conocida (generalmente de una aceleración de etapa). Una señal electrónica proporcional a esa fuerza se aplica a un actuador que produce una fuerza igual y opuesta. Como se mencionó anteriormente, existe una tendencia en la literatura a exagerar la efectividad de esta técnica. Declaraciones ridículas que reclaman & ldquo; eliminación total & rdquo; de los movimientos residuales de la carga útil son comunes. Al igual que en la alimentación vibratoria, hay un problema de ajuste de ganancia, pero se eliminan todos los problemas relacionados con el ruido del sensor o las posibles rutas de retroalimentación. Esto es cierto siempre que la señal sea una señal de comando verdadera del controlador de movimiento del escenario (por ejemplo). Si la señal se produce desde un codificador que lee la posición del escenario, entonces es posible formar un bucle de retroalimentación inestable. Estos sistemas pueden funcionar muy bien, suprimiendo los movimientos de carga útil inducidos por la etapa en un orden de magnitud o más y se discutirán más a fondo en la Sección 5.7.
5.4.4 Sistemas basados en PZT
La Figura 18 muestra el concepto de un & ldquo; muelle tranquilo & rdquo; aisladores tales como la línea de aisladores activos de TMC (Patentes Nos. 5.660.255 y 5.823.307). Consiste en una masa intermedia que está montada en el piso a través de un transductor piezoeléctrico (PZT). Se le monta un geófono y su señal se retroalimenta al PZT en un servo loop de ancho de banda amplio. Esto hace un & ldquo; muelle tranquilo & rdquo; para soportar la carga útil a aislar. El aislamiento a frecuencias superiores al ancho de banda activo del servo es proporcionado por un & cong; Montaje de elastómero de 20Hz. Este elastómero también evita que los muelles "hablen" y "hablen"; entre sí a través de la carga útil (una carga útil debe descansar en varios muelles silenciosos independientes). Este sistema tiene un conjunto único de ventajas y limitaciones.
El rendimiento de aislamiento de vibraciones del STACIS & reg; El sistema se encuentra entre los mejores en el rango de frecuencia de 0.6-20 Hz, sujeto a algunas limitaciones (discutido a continuación). También requiere mucho menos ajuste que los sistemas de retroalimentación inercial, y el montaje de elastómero hace que el sistema sea completamente inmune a las resonancias estructurales en la carga útil. La alineación de la carga útil con el equipo externo (acoplamiento) no es un problema porque el sistema está esencialmente montado y montado de manera rígida; al piso a través de los elastómeros de 20 Hz. El tiempo de estabilización es muy bueno porque la respuesta del sistema a una fuerza externa (una etapa móvil) es la del montaje de elastómero de 20 Hz. Esto es comparable a los mejores sistemas de retroalimentación inercial. La rigidez de la montura de elastómero también hace que STACIS & reg; casi completamente inmune a las corrientes de aire de la sala u otras fuerzas aplicadas directamente a la carga útil y lo hace capaz de soportar cargas muy altas de centro de gravedad.
STACIS & reg; puede soportar y siempre es compatible con herramientas que incorporan cualquier tipo de sistema de aislamiento de vibración neumático pasivo o activo incorporado.
Desafortunadamente, el PZT tiene un rango de movimiento limitado (alrededor de 20-25 micro). Por lo tanto, el servo se satura y & ldquo; desbloquea & rdquo; si el movimiento del piso excede esta amplitud pico a pico. Afortunadamente, en la mayoría de los entornos, el movimiento del piso nunca excede esta amplitud. Para obtener una buena característica de aislamiento de vibraciones, el ancho de banda activo para el servo PZT es de ~ 0.6 a ~ 200 Hz. Este alto ancho de banda solo es posible si el aislador es soportado por un piso muy rígido. El aislador necesita esto porque depende de que la masa intermedia mueva una cantidad proporcional al voltaje PZT hasta unos pocos cientos de Hz. Si el piso tiene una resonancia dentro del ancho de banda activo, esto puede no ser cierto. La mayoría de los pisos tienen resonancias muy por debajo de 200 Hz, pero esto es aceptable siempre que el piso sea lo suficientemente masivo como para que su resonancia no sea impulsada significativamente por el servo. La forma adecuada de la especificación del piso se convierte en cumplimiento del piso, en & micro; in / lbf (o & micro; m / N). En general, STACIS & reg; debe montarse directamente en un piso de concreto. Funcionará en pisos elevados o en marcos de acero soldados solo si el marco de soporte está cuidadosamente diseñado para ser muy rígido. Otro problema es & ldquo; balanceo del edificio, & rdquo; El movimiento en la parte superior de un edificio causado por el viento. Esto suele ser más de 25 mm en los pisos superiores, por lo que el sistema puede saturarse si se usa en pisos superiores (dependiendo de la relación de aspecto y construcción del edificio).