Как акустические вибрации влияют на чувствительное лабораторное оборудование

Все современные лаборатории идеально подходят для обеспечения точности. Но даже в самых тщательно контролируемых условиях существует одна невидимая угроза, которую часто не замечают, — это вибрация .

Акустические колебания, вызванные шумом и механическим движением, могут напрямую влиять на точность чувствительного лабораторного оборудования. Даже незначительные вибрации могут вызвать серьёзные проблемы, начиная с повреждения микроскопов и микровесов и заканчивая сбоями в работе лазерных датчиков и аналитических приборов.

Интересно, что эти помехи не всегда связаны с шумной работой оборудования и часто остаются незамеченными. Их могут вызывать кондиционеры, вибрации зданий или, как ни странно, даже шаги. К сожалению, со временем они могут привести к искажению данных, сбоям в тестах и повреждению оборудования.

Давайте разберемся, что именно представляют собой акустические колебания, как они влияют на различные лабораторные системы, откуда они берутся и, самое главное, как их контролировать с помощью разумного проектирования .

 

Почему акустические вибрации представляют собой проблему в прецизионных лабораториях

Акустические колебания — это физические движения, вызываемые звуковыми волнами, проходящими через воздух, поверхности и конструкции. Эти незначительные изменения давления часто остаются незамеченными для человека, но чувствительные лабораторные приборы мгновенно их улавливают.

 

Что именно представляют собой акустические колебания?

Акустические колебания возникают, когда звуковые волны вызывают небольшое движение поверхностей или оборудования. Даже если шум кажется тихим или отдалённым, создаваемые им вибрации могут распространяться сквозь стены, столы и даже пол.

Со временем это становится серьезной проблемой в лабораторных условиях, где измерения основаны на абсолютной стабильности, а при высокоточных испытаниях даже микроскопическое движение может привести к ошибке.

По данным Национального института стандартов и технологий (NIST), даже низкочастотные звуковые волны могут мешать калибровке оборудования, особенно в лабораториях, использующих оптические, гравитационные или атомные измерительные приборы.

 

Какое лабораторное оборудование пострадало больше всего?

Некоторые приборы предназначены для измерения мельчайших изменений. Это также делает их чрезвычайно чувствительными к вибрации.

• Микровесы способны регистрировать изменения веса до 1 микрограмма. Незначительная вибрация может привести к неточным результатам.
• Микроскопы, особенно электронные, требуют абсолютной неподвижности. Вибрации приводят к размытию или смещению изображения.
• Лазерные и интерферометрические системы требуют стабильной юстировки в течение длительного времени. Акустические помехи могут искажать показания.
• Точные датчики, используемые в спектроскопии, метрологии и чистых помещениях, легко подвержены дрейфу сигнала, вызванному вибрацией.

Это всего лишь несколько примеров, но почти все лабораторные приборы высокого класса работают хуже, если пространство вокруг них нестабильно, даже если оператор-человек этого не замечает.

 

 

Откуда берутся эти вибрации?

Вибрации в лабораториях могут возникать по разным причинам. Некоторые из них находятся внутри здания, другие проникают внутрь через щели и создают вибрацию снаружи. Многие из них негромкие, поэтому их часто легко не заметить. Но, как мы обнаружили, они всё же влияют на чувствительное оборудование.

 

Источники внутренних колебаний

Наиболее распространенными причинами вибрации могут быть:

• Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) - Кондиционеры и вентиляционные установки создают постоянное движение и шум.
• Насосы и центрифуги. Эти машины вибрируют во время работы и передают это движение полу или столам.
• Шаги и двери. Ходьба или хлопанье дверями могут слегка сотрясать пол или стены, что может повлиять на лабораторное оборудование.
• Расположенное поблизости оборудование. Оборудование, используемое в других помещениях, может передавать вибрацию через общие стены или конструкции.

Даже если эти звуки тихие, создаваемые ими вибрации всё равно распространяются через поверхности. Поэтому важно вовремя начать их устранять.

 

Внешние и связанные со зданием источники

Вибрации также могут возникать извне лаборатории. К ним относятся:

• Дорожное движение — проезжают большие грузовики или автобусы. Они могут сотрясать землю, особенно в старых и не очень устойчивых зданиях.
• Поезда или метро. Низкочастотные вибрации от подземных линий распространяются на удивление далеко.
• Строительные работы. Находящиеся поблизости механизмы, такие как громкие отбойные молотки или дрели, могут повлиять на работу лаборатории.
• Системы зданий - лифты, сантехника и даже общие технические помещения также могут создавать фоновую вибрацию, которая остается незамеченной.

Все эти источники создают так называемую структурную вибрацию. Это означает, что энергия распространяется через полы, потолки и стены, а не только по воздуху.

 

Каковы последствия неконтролируемых вибраций?

Акустические вибрации в лабораториях могут быть незначительными, но их воздействие реально. Если их игнорировать, они могут привести к искажению данных, сокращению срока службы оборудования и даже нанести вред лабораторному персоналу. Эти проблемы влияют на повседневную работу и долгосрочную надежность в любой сфере, где важна точность.

 

 

Сниженная точность и ненадежные результаты

Стабильность критически важна для всех прецизионных лабораторных приборов. Погрешности измерений возникают при вибрации поверхности, даже на крошечный миллиметр. Вес груза в микровесах может колебаться, что приводит к искажению или размытию изображений с микроскопов из-за расфокусировки. К сожалению, малейшее движение может напрямую повлиять на измерения в интерферометрах и лазерных системах, требующих фиксированной юстировки луча.

По данным журнала «Journal of Microscopy», вибрации в диапазоне низких частот от 0,5 до 5 Гц влияют на четкость и точность изображения, и, хотя это значительно ниже уровня восприятия человеческого слуха, они все равно могут вызывать нестабильность в электронных микроскопах высокого разрешения.

Пока данные не станут несогласованными или недостоверными, эти сбои часто остаются незамеченными. В таких ситуациях, как правило, растут расходы, трудозатраты персонала и расход материалов. В итоге результаты также отсрочены.

 

Нагрузка на оборудование и ранний отказ

Машины подвергаются физической нагрузке, вызванной постоянной вибрацией. Чувствительное лабораторное оборудование не должно перемещаться во время работы. Это может привести к ускорению износа деталей. Двигатели или датчики могут испытывать проблемы с выравниванием, монтажные кронштейны могут ослабнуть, а хрупкие электрические компоненты могут смещаться.

Со временем это приводит к более частым ремонтам, возросшей потребности в калибровке и сокращению общего срока службы оборудования.

 

Проблемы здоровья и безопасности персонала

Хотя лабораторная обстановка кажется спокойной, слабые вибрации всё же могут навредить сотрудникам, особенно тем, кто часто или постоянно работает рядом с оборудованием или системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Длительное воздействие может привести к быстрой утомляемости, снижению концентрации внимания и, в более экстремальных условиях, к физическому стрессу или перенапряжению.

В промышленных условиях повышенный уровень вибрации напрямую связан с общей вибрацией тела (ВВТ) и синдромом вибрации кисти-руки (СВРР). Хотя лаборатории могут не соответствовать этим стандартам, главный факт остаётся неизменным: вибрации, даже самые незначительные, в конечном итоге вызывают у людей чувство дискомфорта и тревоги.

Как выбрать правильное антивибрационное решение

Различные проблемы, связанные с вибрацией, требуют различных решений, и выбор подходящего продукта или метода зависит от ряда важных факторов, таких как тип оборудования, уровень вибрации, её частота и условия эксплуатации.

 

 

1. Определите вес вашего оборудования

Вес машины определяет, сколько энергии она может передать полу или окружающим конструкциям. Для решения этой проблемы антивибрационные системы должны быть рассчитаны на полную нагрузку от оборудования. Если подкладка или крепление слишком мягкие или слишком маленькие, они не смогут эффективно изолировать вибрацию или вообще не будут её изолировать.

Для тяжёлого лабораторного оборудования, например, холодильных установок или промышленных миксеров, толстые материалы, такие как Vibro EP, обеспечивают необходимую прочность и устойчивость, выдерживая вес, одновременно снижая передачу вибрации. Для более лёгкого оборудования обычно достаточно креплений меньшего размера или мягких резиновых подкладок.

 

2. Сопоставьте решение с частотой вибрации.

Некоторое оборудование создаёт низкочастотную вибрацию, а другое — высокочастотную. Неправильно подобранные устройства могут отфильтровывать неподходящие частоты, поэтому важно определить тип частоты.

• Резиновые опоры, как правило, лучше работают при высокочастотной вибрации.
• Пружинные системы более эффективны при низкочастотной вибрации, особенно от двигателей или компрессоров.

Например, пружинные крепления DECIBEL SMR разработаны специально для изоляции тихоходного оборудования, которому также необходима боковая и вертикальная устойчивость.

 

3. Учитывайте окружающую среду

Условия, в которых размещается и эксплуатируется оборудование, весьма важны. Лаборатории с высокой влажностью, периодическими перепадами температур или воздействием агрессивных химических веществ нуждаются в антивибрационных изделиях из прочных материалов.

• Во влажных помещениях или лабораториях с использованием чистящих средств важны коррозионно-стойкие металлические каркасы и нестареющие эластомеры.
• Для чистых помещений или чувствительных пространств выбирайте материалы, которые не будут разрушаться со временем и не будут выделять частицы.

Всегда проверяйте паспорт безопасности производителя на предмет рейтингов устойчивости и сертификации, особенно если вы работаете в медицинской или фармацевтической сфере.

 

4. План обеспечения стабильности и безопасности

Некоторые лаборатории расположены в регионах, где вибрация представляет опасность при внешних воздействиях, таких как сильный ветер или даже небольшая сейсмическая активность. В таких случаях антивибрационные опоры с функциями фиксации могут предотвратить перемещение или опрокидывание оборудования.

Например, крепления AMR компании DECIBEL сочетают виброизоляцию со встроенными ограничителями, обеспечивающими устойчивость во всех направлениях.

 

В современных лабораториях точность имеет решающее значение. Однако акустические вибрации могут снизить качество данных, повредить дорогостоящее оборудование и затруднить лабораторную работу. Эти эффекты часто игнорируются до тех пор, пока данные не станут ненадёжными или приборы не начнут выходить из строя.

Вибрации могут возникать в разных местах, как внутри, так и вне лаборатории. Даже незначительные колебания систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, шаги или соседний транспорт могут нарушить работу чувствительных приборов. Эти незначительные проблемы со временем перерастают в более серьёзные.

Борьба с вибрацией — это, прежде всего, создание более стабильной, продуктивной и безопасной рабочей среды. Использование правильных антивибрационных опор, прокладок и акустической обработки даёт ощутимый эффект.

Нужна помощь в поиске подходящего решения для вашей лаборатории? Обратитесь к экспертам DECIBEL, чтобы получить индивидуальные системы, отвечающие именно вашим потребностям.

Дополнительные материалы и ссылки

• Исполнительный комитет по охране труда и технике безопасности (н.д.). Вибрация рук и кистей (HAVS). Правительство Великобритании.
• Исполнительный комитет по охране труда и технике безопасности (nd). Наблюдение за состоянием здоровья при вибрации кистей рук. Правительство Великобритании.
• Национальный институт стандартов и технологий (н.д.). Акустические измерения и стандарты.
• Thermo Fisher Scientific. (nd). Приборы для электронной микроскопии.
• Вайн, Дж. Д., МакВити, С. и Макларен, Д. А. (2014). Механическая вибрация и её влияние на сканирующую просвечивающую электронную микроскопию высокого разрешения. Журнал микроскопии, 254 (2), 85–94.