Как акустичните вибрации влияят на чувствителното лабораторно оборудване

Всички съвременни лаборатории са идеално изградени за прецизност. Но дори и в най-внимателно контролираните среди има една невидима заплаха, която често остава незабелязана, а именно вибрациите .

Акустичните вибрации, причинени от шум и механично движение, могат директно да повлияят на точността на чувствително лабораторно оборудване. Дори малки вибрации могат да причинят големи проблеми, като се започне от засягане на микроскопи и микровезни и се стигне до неизправности в лазерни сензори и аналитични инструменти.

Интересното е, че тези смущения не винаги идват от шумни машини и често се пренебрегват. Те могат да бъдат предизвикани от климатик, вибрации на сграда или, изненадващо, дори стъпки. С течение на времето, за съжаление, те могат да доведат до грешни данни, неуспешни тестове и повредено оборудване.

Нека разгледаме какво точно представляват акустичните вибрации, как влияят на различните лабораторни системи, откъде идват и най-важното - как да ги контролираме с помощта на интелигентен дизайн .

 

Защо акустичните вибрации са проблем в прецизните лаборатории

Акустичните вибрации са физически движения, причинени от звукови вълни, преминаващи през въздух, повърхности и структури. Тези малки промени в налягането често остават незабелязани от хората, но чувствителни лабораторни инструменти ги улавят незабавно.

 

Какво точно представляват акустичните вибрации?

Акустичните вибрации възникват, когато звуковите вълни карат повърхности или оборудване да се движат леко. Дори шумът да изглежда нисък или далечен, вибрациите, които създава, могат да се разпространяват през стени, маси и дори под.

С течение на времето това се превръща в сериозен проблем в лабораторни среди, където измерванията разчитат на абсолютна стабилност, а при високопрецизни тестове дори микроскопично движение може да доведе до грешка.

Според Националния институт за стандарти и технологии (NIST), дори нискочестотните звукови вълни могат да попречат на калибрирането на оборудването, особено в лаборатории, използващи оптични, гравитационни или атомни измервателни инструменти.

 

Кое лабораторно оборудване е най-засегнато?

Някои инструменти са конструирани да измерват изключително малки промени. Това ги прави и силно чувствителни към вибрации.

• Микровезните могат да откриват промени в теглото от едва 1 микрограм. Леките вибрации могат да доведат до неточни резултати.
• Микроскопите, особено електронните микроскопи, разчитат на абсолютна неподвижност. Вибрациите причиняват размазване на изображението или неправилно подравняване.
• Лазерните и интерферометричните системи се нуждаят от стабилно подравняване за дълги периоди. Акустичната интерференция може да обърка показанията.
• Прецизните сензори, използвани в спектроскопията, метрологията и чистите помещения, лесно се влияят от отклонение на сигнала, причинено от вибрации.

Това са само няколко примера, но почти всички висококачествени лабораторни инструменти се представят по-зле, когато пространството около тях е нестабилно, дори ако човешкият оператор не го забелязва.

 

 

Откъде идват тези вибрации?

Вибрациите в лабораториите могат да идват от много източници. Някои са вътре в сградата, а други се промъкват през пролуки и произвеждат вибрации навън. Много от тях не са силни, така че е лесно да се пропуснат доста често. Но, както открихме, те все пак влияят на чувствително оборудване.

 

Вътрешни източници на вибрации

Най-честите причини за вибрации могат да включват:

• ОВК системи - Климатичните и вентилационните агрегати създават постоянно движение и шум.
• Помпи и центрофуги - Тези машини вибрират по време на работа и предават това движение на пода или масите.
• Стъпки и врати - Ходенето или затръшването на врати може леко да разтърси пода или стените, което е достатъчно, за да повлияе на лабораторните инструменти.
• Машини наблизо - Оборудването, използвано в други помещения, може да изпраща вибрации през споделени стени или конструкции.

Дори когато тези звуци са ниски, вибрациите, които създават, все пак се разпространяват през повърхностите. Ето защо е важно да се справите с тях рано.

 

Външни и свързани със сградите източници

Вибрациите идват и отвън лабораторията. Те могат да включват:

• Пътен трафик - Преминаване покрай големи камиони или автобуси. Те могат да разтърсят земята, особено в по-стари и не толкова стабилни сгради.
• Влакове или метро - Нискочестотните вибрации от подземните линии се разпространяват изненадващо надалеч.
• Строителни работи - Машини като силни пневматични чукове или бормашини наблизо могат да повлияят на работата на лабораторията.
• Сградни системи - Асансьорите, ВиК инсталациите и дори споделените машинни помещения също могат да създават фонови вибрации, които остават незабелязани.

Всички тези източници създават така наречената вибрация, пренасяна от структурата. Това означава, че енергията преминава през подове, тавани и стени, не само през въздуха.

 

Какви са последствията от неконтролираните вибрации?

Акустичните вибрации в лабораториите може да са слаби, но ефектите са реални. Когато бъдат пренебрегнати, те могат да компрометират данните, да намалят живота на оборудването и дори да навредят на лабораторния персонал. Тези проблеми влияят върху ежедневните операции и дългосрочната надеждност във всяка среда, която разчита в голяма степен на прецизност.

 

 

Намалена точност и ненадеждни резултати

Стабилността е от решаващо значение за всички прецизни лабораторни инструменти. Неточности в измерванията се появяват, когато повърхността вибрира, дори с малък милиметър. Тежестите в микровезните могат да се колебаят, което води до изкривяване или размазване на изображенията от микроскопите, тъй като те се отклоняват от фокуса. Най-малкото движение, за съжаление, може директно да повлияе на измерванията в интерферометри и лазерни системи, които се нуждаят от фиксирано подравняване на лъча.

Според Journal of Microscopy, вибрациите в нискочестотния диапазон от 0,5 до 5 Hz влияят върху яснотата и точността на изображението и въпреки че това е доста под човешкия слух, все пак може да причини нестабилност в електронните микроскопи с висока резолюция.

Докато данните не станат непоследователни или ненадеждни, тези смущения често се пренебрегват. В тези ситуации, и по този начин, разходите, усилията на персонала и използването на материали се увеличават. В заключение, резултатите също се забавят.

 

Напрежение на оборудването и ранна повреда

Машините са физически натоварени от непрекъснати вибрации. Не е предназначено чувствително лабораторно оборудване да се движи по какъвто и да е начин по време на употреба. В резултат на това частите могат да се износят по-бързо. Двигателите или сензорите може да имат проблеми с подравняването, монтажните скоби може да се разхлабят и крехките електрически компоненти може да се движат.

С течение на времето това води до по-чести ремонти, повишена нужда от калибриране и по-кратък общ живот на оборудването.

 

Здраве и безопасност на персонала

Въпреки че лабораторната среда изглежда спокойна, ниските вибрации все пак могат да навредят на персонала, особено на тези, които често или постоянно работят в близост до машини или ОВК системи. Дългосрочното излагане може да доведе до по-бърза умора, намаляване на нивата на концентрация и, в по-екстремни условия, до физически стрес или физическо натоварване.

В индустриални условия по-високите нива на вибрации са пряко свързани с вибрации на цялото тяло (WBV) и синдром на вибрации на ръка и рамо (HAVS). Въпреки че лабораториите може да не са в състояние да отговорят на тези стандарти, основният факт остава същият: вибрациите, независимо колко малки са, в крайна сметка карат хората да се чувстват неудобно и тревожно.

Как да изберете правилното антивибрационно решение

Различните проблеми с вибрациите изискват различни решения и изборът на подходящ продукт или метод зависи от редица важни аспекти, като например вида на машината, количеството вибрации, нейната честота и средата, в която тя работи.

 

 

1. Разберете теглото на вашето оборудване

Теглото на машината определя колко енергия може да предаде на пода или околната конструкция. За да се реши директно този проблем, антивибрационните системи трябва да бъдат проектирани да издържат на цялото натоварване на оборудването. Ако подложката или стойката са твърде меки или твърде малки, те няма да изолират вибрациите ефективно или изобщо няма да изолират.

За тежки лабораторни машини, например, като охладителни агрегати или промишлени миксери, дебелите материали като Vibro EP осигуряват здравината и стабилността, необходими за поддържане на теглото, като същевременно намаляват предаването. За по-леки инструменти обикновено са достатъчни по-малки стойки или меки гумени подложки.

 

2. Свържете решението с честотата на вибрациите

Някои устройства създават нискочестотни вибрации, докато други генерират високочестотни вибрации. Неправилните продукти могат да филтрират грешните честоти, така че е важно да се определи видът на честотата.

• Гумените опори са по-подходящи за вибрации с по-висока честота.
• Системите на пружинна основа са по-ефективни при нискочестотни вибрации, особено от двигатели или компресори

Например, пружинните опори DECIBEL SMR са проектирани специално за изолиране на нискоскоростно оборудване, което също изисква странична и вертикална стабилност.

 

3. Обмислете околната среда

Условията, при които е поставено и работи оборудването, са доста важни. Лаборатории с висока влажност, случайни температурни промени или излагане на интензивни химикали се нуждаят от антивибрационни продукти, изработени от издръжливи материали.

• Във влажни помещения или лаборатории с почистващи химикали, устойчивите на корозия метални рамки и нестареещите еластомери са важни.
• За чисти помещения или чувствителни пространства изберете материали, които няма да се разградят с времето или да отделят частици

Винаги проверявайте информационния лист на производителя за данни за устойчивост и сертификати, особено ако работите в медицинска или фармацевтична среда.

 

4. План за стабилност и безопасност

Някои лаборатории са разположени в райони, където вибрациите са риск по време на външни събития, като например силни ветрове или дори малки сеизмични дейности. В тези специфични случаи, антивибрационни стойки с функции за ограничаване могат да предотвратят движението или преобръщането на оборудването.

Например, стойките AMR на DECIBEL комбинират изолация на вибрациите с вградени ограничители, за да осигурят стабилност във всички посоки.

 

В днешните лаборатории прецизността е от решаващо значение. Акустичните вибрации обаче могат да намалят качеството на данните, да повредят скъпоструващо оборудване и да затруднят лабораторната работа. Тези ефекти често се пренебрегват, докато данните не станат ненадеждни или инструментите не започнат да се повреждат.

Вибрациите могат да произхождат от различни места, включително както в лабораторията, така и извън нея. Дори незначителни движения от ОВК системите, ходене или съседен трафик могат да повредят чувствителни инструменти. Тези незначителни проблеми в крайна сметка се превръщат в по-големи проблеми.

Контролът на вибрациите е свързан главно със създаването на по-стабилна, продуктивна и безопасна работна среда. Използването на правилните антивибрационни опори, подложки и акустични обработки е от съществено значение.

Нуждаете ли се от помощ при намирането на правилното решение за вибрации за вашата лаборатория? Свържете се с експертите на DECIBEL за персонализирани системи, които отговарят точно на вашите нужди.

Допълнителна литература и справки

• Изпълнителна агенция по здраве и безопасност. (рр). Вибрации ръка-рамо (HAVS). Правителство на Обединеното кралство.
• Изпълнителна агенция по здраве и безопасност. (рр). Здравно наблюдение за вибрации в ръцете и ръцете. Правителство на Обединеното кралство.
• Национален институт за стандарти и технологии. (тт). Акустични измервания и стандарти.
• Thermo Fisher Scientific. (й). Инструменти за електронна микроскопия.
• Vine, DJ, McVitie, S., & MacLaren, DA (2014). Механични вибрации и тяхното влияние върху сканираща трансмисионна електронна микроскопия с висока резолюция. Journal of Microscopy, 254 (2), 85–94.