磁铁妙招：新发明让震动无影无踪

当一切都在震动时，精确通常是不可能的——任何曾经试过用颤抖的手拍照或在颠簸的巴士旅途中手写笔记的人都知道这一点。在技术精度测量中，即使是更小的振动也是一个主要问题，例如在使用高性能显微镜或精确校准的望远镜镜片时。即使是最小的振动，小到人类都无法察觉，也可能使测量结果无法使用。

维也纳工业大学（TU Wien）现在发明了一种新型的减震技术，以一种不寻常的方式解决了这些问题：使用电永磁体。这种磁体就像普通的永磁体一样，可以永久保持磁性而无需电源供应，但它们也配备了线圈，因此可以使用电脉冲极快地改变其磁化状态。这使得例如能够主动抑制大型望远镜镜片中的振动，从而极大地提高其性能。

纳米级精度的浮动平台

维也纳工业大学（TU Wien）的减震系统由一个永久安装的基座和上面的自由浮动平台组成。平台悬浮在空中，由强大的磁力保持原位。然后，几个电磁执行器可以在几分之一秒内以高精度微调平台的位置——即使该平台上安装了数公斤的负载。

“在敏感的应用中，如镜片段的定位，该平台的位置必须保持稳定在几十纳米以内，”维也纳工业大学自动化与控制技术研究所的恩斯特·森西奇斯（Ernst Csencsics）教授说。“只有在你能够补偿即使是微小的地面振动时，这才可能实现，比如实验室外有人走过时产生的振动，或者正常建筑振动引起的振动。”

因此，必须极其准确地测量平台的位置，并立即对任何移动进行抵消。这使得能够非常有效地抑制振动，特别是低频振动，这些振动在此类应用中通常是一个问题。

电磁铁需要持续供电

“电磁铁通常用于此类主动减震，”研究所主任乔治·施特特尔（Georg Schitter）教授解释说。“电流在磁场中的线圈中流动，电流的强度决定了可以产生不同的力。这非常快且精确。”

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，可以在任何时间段内保持其磁性，而无需任何外部能源供应。

我们日常使用的永磁体，如磁性白板或冰箱贴上的磁铁，也是这样制成的：你需要一个合适的、可磁化的材料，并将其暴露在强磁场中一次。这会在材料中创建一种磁性秩序，使其永久保持磁性。

有针对性地重新磁化永磁体

研究人员现在已成功使用所谓的电永磁体将电磁铁和永磁体在减震方面的优势结合在一起。“这是一个也配备了线圈的永磁体，”森西奇斯说。只要永磁体的强度在正确范围内，它就不需要任何电源，悬浮平台就可以保持原位。只有执行器的小幅校正动作才是补偿振动所必需的。

然而，如果永磁体的强度不再合适，例如因为悬浮平台上放置的重量已改变，或者需要倾斜它，那么就会使用更剧烈的方法：向线圈发送一个短暂而强烈的电流脉冲，在短时间内产生非常强的磁场，从而改变永磁体的磁化状态。通过选择合适的磁脉冲强度，可以将永磁体设置到一个新的工作点，然后它再次在无需能源供应的情况下保持恒定。

工作原型，专利申请中

这种控制可以自动化：系统会自动识别它是否仍然接近所需的工作点，或者是否需要重新磁化。“我们在过去两年里开发了必要的控制技术，并且它现在运行得非常好，”恩斯特·森西奇斯说。这项发明已在维也纳工业大学（TU Wien）研究和转让支持团队的帮助下申请了专利。

“通过我们的原型，我们已经证明可以实现极为精确且节能的振动抑制，”乔治·施特特尔（Georg Schitter）说道。“例如，这项技术非常适合由多个镜面段组成的大型望远镜。望远镜必须能够对准天空的不同区域，而镜面则必须高精度地对准并在每个位置保持稳定。这正是我们的技术最为理想的应用场景。”

然而，从原则上讲，电永磁振动阻尼技术当然也可以应用于其他领域，如半导体芯片和高品质大型光学元件的精密生产、自适应执行器或基于实验室的精密测量技术。“在任何需要尽可能高的精度而该精度可能会受到振动干扰的地方，我们的技术都是一种有趣的解决方案，”研究人员确信。