Miten akustiset värähtelyt vaikuttavat herkkiin laboratoriolaitteisiin

Kaikki modernit laboratoriot on rakennettu ihanteellisesti tarkkuutta silmällä pitäen. Mutta jopa tarkimmin valvotuissa ympäristöissä on yksi näkymätön uhka, joka jää usein huomaamatta, ja se on tärinä .

Melun ja mekaanisen liikkeen aiheuttamat akustiset värähtelyt voivat suoraan häiritä herkkien laboratoriolaitteiden tarkkuutta. Jopa pienet värähtelyt voivat aiheuttaa suuria ongelmia, alkaen mikroskooppien ja mikrovaakojen vaikutuksista ja päättyen laserantureiden ja analyyttisten instrumenttien toimintahäiriöihin.

Mielenkiintoista kyllä, nämä häiriöt eivät aina johdu äänekkäistä koneista ja ne usein unohdetaan. Niitä voivat laukaista ilmastointi, rakennusten tärinä tai yllättäen jopa askeleet. Ajan myötä ne voivat valitettavasti johtaa virheellisiin tietoihin, epäonnistuneisiin testeihin ja vaurioituneisiin laitteisiin.

Puretaanpa, mitä akustiset värähtelyt tarkalleen ottaen ovat, miten ne vaikuttavat erilaisiin laboratoriojärjestelmiin, mistä ne tulevat ja mikä tärkeintä, miten niitä voidaan hallita älykkään suunnittelun avulla .

 

Miksi akustiset värähtelyt ovat ongelma tarkkuuslaboratorioissa?

Akustiset värähtelyt ovat fyysisiä liikkeitä, joita ääniaallot aiheuttavat ilman, pintojen ja rakenteiden läpi. Nämä pienet paineenmuutokset jäävät usein ihmisiltä huomaamatta, mutta herkät laboratoriolaitteet havaitsevat ne välittömästi.

 

Mitä akustiset värähtelyt tarkalleen ottaen ovat?

Akustisia värähtelyjä tapahtuu, kun ääniaallot liikuttavat pintoja tai laitteita hieman. Vaikka melu vaikuttaisi hiljaiselta tai kaukaiselta, sen luomat värähtelyt voivat kulkeutua seinien, pöytien ja jopa lattian läpi.

Ajan myötä tästä tulee vakava ongelma laboratorioympäristöissä, joissa mittaukset perustuvat absoluuttiseen vakauteen, ja tarkassa testauksessa jopa mikroskooppinen liike voi aiheuttaa virheitä.

Yhdysvaltain kansallisen standardi- ja teknologiainstituutin (NIST) mukaan jopa matalataajuiset ääniaallot voivat häiritä laitteiden kalibrointia, erityisesti laboratorioissa, joissa käytetään optisia, gravitaatio- tai atomitason mittaustyökaluja.

 

Mitkä laboratoriolaitteet kärsivät eniten?

Jotkut laitteet on rakennettu mittaamaan erittäin pieniä muutoksia. Tämä tekee niistä myös erittäin herkkiä tärinälle.

• Mikrovaa'at pystyvät havaitsemaan jopa yhden mikrogramman pienet painonmuutokset. Lievä tärinä voi johtaa epätarkkoihin tuloksiin.
• Mikroskoopit, erityisesti elektronimikroskoopit, toimivat täydellisen liikkumattomuuden vallitessa. Tärinät aiheuttavat kuvan epätarkkuutta tai kohdistusvirheitä.
• Laser- ja interferometriset järjestelmät vaativat vakaan kohdistuksen pitkien ajanjaksojen ajan. Akustiset häiriöt voivat vääristää lukemia.
• Spektroskopiassa, metrologiassa ja puhdastiloissa käytettävät tarkkuusanturit kärsivät helposti tärinän aiheuttamasta signaalin ajautumisesta.

Nämä ovat vain muutamia esimerkkejä, mutta lähes kaikki huippuluokan laboratoriotyökalut toimivat huonommin, kun niiden ympärillä oleva tila on epävakaa, vaikka ihminen ei sitä huomaisikaan.

 

 

Mistä nämä värähtelyt tulevat?

Laboratorioissa esiintyvät tärinät voivat olla peräisin monista lähteistä. Jotkut ovat rakennuksen sisällä, ja toiset hiipivät sisään raoista ja tuottavat tärinää ulkona. Monet niistä eivät ole äänekkäitä, joten ne on helppo usein jättää huomaamatta. Mutta kuten olemme havainneet, ne vaikuttavat silti herkkiin laitteisiin.

 

Sisäiset tärinänlähteet

Yleisimpiä tärinän syitä voivat olla:

• LVI-järjestelmät - Ilmastointi- ja ilmanvaihtoyksiköt luovat jatkuvaa liikettä ja ääntä.
• Pumput ja lingot - Nämä koneet värähtelevät käydessään ja siirtävät liikkeen lattialle tai pöydille.
• Askeleet ja ovet - Kävely tai ovien paiskaaminen voi ravistaa lattiaa tai seiniä hieman, mikä riittää vaikuttamaan laboratoriovälineisiin.
• Lähellä olevat koneet - Muissa huoneissa käytettävät laitteet voivat lähettää tärinää yhteisten seinien tai rakenteiden läpi.

Vaikka nämä äänet olisivatkin hiljaisia, niiden aiheuttamat värähtelyt kulkeutuvat silti pintojen läpi. Siksi on tärkeää puuttua niihin ajoissa.

 

Ulkoiset ja rakennuksiin liittyvät lähteet

Tärinää voi esiintyä myös laboratorion ulkopuolelta. Näitä voivat olla:

• Tieliikenne - Ohi ajavat suuret kuorma-autot tai linja-autot. Ne voivat täristää maata, erityisesti vanhemmissa ja epävakaissa rakennuksissa.
• Junat tai metrot - Metrolinjojen matalataajuiset värähtelyt kulkeutuvat yllättävän kauas.
• Rakennustyöt - Lähellä olevat koneet, kuten kovaääniset poravasarat tai porat, voivat vaikuttaa laboratorion suorituskykyyn.
• Rakennusjärjestelmät - Hissit, putkistot ja jopa yhteiset mekaaniset tilat voivat myös aiheuttaa taustavärähtelyä, joka jää huomaamatta.

Kaikki nämä lähteet aiheuttavat niin sanottua runkovähän liittyvää värähtelyä. Tämä tarkoittaa, että energia kulkee lattioiden, kattojen ja seinien läpi, ei pelkästään ilman kautta.

 

Mitä seurauksia hallitsemattomista värähtelyistä on?

Laboratorioissa akustiset värähtelyt voivat olla heikkoja, mutta niiden vaikutukset ovat todellisia. Jos ne jätetään huomiotta, ne voivat vaarantaa datan, lyhentää laitteiden käyttöikää ja jopa vahingoittaa laboratoriohenkilökuntaa. Nämä ongelmat vaikuttavat jokapäiväiseen toimintaan ja pitkän aikavälin luotettavuuteen kaikissa tarkkuudesta riippuvaisissa ympäristöissä.

 

 

Tarkkuuden heikkeneminen ja epäluotettavat tulokset

Vakaus on ratkaisevan tärkeää kaikille tarkkuuslaboratoriolaitteille. Mittaustarkkuuksia syntyy, kun pinta värähtelee, jopa pienen millimetrin verran. Mikrovaa'oissa painot voivat vaihdella, mikä johtaa mikroskooppien kuvien vääristymiseen tai epäterävyyteen niiden ajautuessa pois tarkennuksesta. Pieninkin liike voi valitettavasti suoraan häiritä mittauksia interferometreissä ja laserjärjestelmissä, jotka vaativat kiinteää säteen suuntausta.

Journal of Microscopy -lehden mukaan matalataajuiset 0,5–5 Hz:n värähtelyt vaikuttavat kuvan selkeyteen ja tarkkuuteen, ja vaikka tämä on selvästi ihmisen kuuloaistin alapuolella, se voi silti aiheuttaa epävakautta korkean resoluution elektronimikroskoopeissa.

Nämä häiriöt jäävät usein huomiotta, kunnes datasta tulee epäjohdonmukaista tai epäluotettavaa. Näissä tilanteissa ja näin tehdessään kulut usein nousevat, henkilöstön työpanos ja materiaalien käyttö lisääntyvät. Yhteenvetona voidaan todeta, että myös tulokset viivästyvät.

 

Laitteiden rasitus ja varhainen vikaantuminen

Jatkuva tärinä rasittaa koneita fyysisesti. Herkkien laboratoriolaitteiden ei ole tarkoitus liikkua käytön aikana. Osat voivat kulua nopeammin tämän seurauksena. Moottoreissa tai antureissa voi esiintyä kohdistusongelmia, kiinnitystelineet voivat löystyä ja hauraat sähkökomponentit voivat liikkua.

Ajan myötä tämä johtaa tiheämpiin korjauksiin, lisääntyneisiin kalibrointitarpeisiin ja laitteiden lyhyempään käyttöikään.

 

Henkilöstön terveys- ja turvallisuusongelmat

Vaikka laboratorioympäristö vaikuttaa rauhalliselta, matalat tärinät voivat silti vahingoittaa henkilökuntaa, erityisesti niitä, jotka työskentelevät usein tai jatkuvasti koneiden tai LVI-järjestelmien lähellä. Pitkäaikainen altistuminen voi johtaa ihmisten nopeampaan väsymykseen, keskittymiskyvyn heikkenemiseen ja äärimmäisissä olosuhteissa fyysiseen stressiin tai rasitukseen.

Teollisuusympäristöissä korkeammat tärinätasot liittyvät suoraan koko kehoon kohdistuvaan tärinään (WBV) ja käsi-käsivarsivärähtelyoireyhtymään (HAVS). Vaikka laboratoriot eivät välttämättä pysty täyttämään näitä standardeja, pääasia pysyy samana: tärinät, olivatpa ne kuinka pieniä tahansa, aiheuttavat lopulta ihmisille epämukavuutta ja ahdistusta.

Kuinka valita oikea tärinänvaimennusratkaisu

Erilaiset tärinäongelmat vaativat erilaisia ratkaisuja, ja sopivan tuotteen tai menetelmän valinta riippuu useista tärkeistä tekijöistä, kuten koneen tyypistä, tärinän määrästä, sen taajuudesta ja ympäristöstä, jossa se toimii.

 

 

1. Ymmärrä laitteistosi paino

Koneen paino määrää, kuinka paljon energiaa se voi siirtää lattiaan tai ympäröivään rakenteeseen. Tämän ongelman ratkaisemiseksi tärinänvaimennusjärjestelmien on kestettävä laitteen koko kuorma. Jos alusta tai kiinnike on liian pehmeä tai liian pieni, se ei eristä tärinää tehokkaasti tai ollenkaan.

Esimerkiksi raskaissa laboratoriokoneissa, kuten jäähdytysyksiköissä tai teollisuussekoittimissa, paksut materiaalit, kuten Vibro EP, tarjoavat tarvittavan lujuuden ja vakauden painon tukemiseen ja vähentävät samalla voimansiirtoa. Kevyemmille työkaluille pienemmät kiinnikkeet tai pehmeät kumityynyt riittävät yleensä.

 

2. Yhdistä ratkaisu värähtelytaajuuteen

Jotkut laitteet tuottavat matalataajuista tärinää, kun taas toiset tuottavat korkeataajuista tärinää. Väärät tuotteet saattavat suodattaa pois väärät taajuudet, joten on tärkeää määrittää taajuuden tyyppi.

• Kumipohjaiset kiinnikkeet toimivat yleensä paremmin korkeataajuisten tärinöiden kanssa
• Jousipohjaiset järjestelmät ovat tehokkaampia matalataajuiseen tärinään, erityisesti moottoreista tai kompressoreista tulevaan

Esimerkiksi DECIBEL SMR -jousikiinnikkeet on suunniteltu erityisesti eristämään hitaasti liikkuvia laitteita, jotka vaativat myös sivuttais- ja pystysuuntaista vakautta.

 

3. Ota huomioon ympäröivä ympäristö

Laitteen sijoitus- ja käyttöolosuhteet ovat melko tärkeitä. Laboratoriot, joissa on korkea ilmankosteus, satunnaisia lämpötilan muutoksia tai jotka altistuvat voimakkaille kemikaaleille, tarvitsevat kestävistä materiaaleista valmistettuja tärinänvaimennustuotteita.

• Kosteissa tiloissa tai laboratorioissa, joissa käytetään puhdistuskemikaaleja, korroosionkestävät metallikehykset ja ikääntymättömät elastomeerit ovat tärkeitä.
• Puhdastiloihin tai herkkiin tiloihin valitse materiaaleja, jotka eivät hajoa ajan kuluessa eivätkä vapauta hiukkasia

Tarkista aina valmistajan datalehdestä resistanssiluokitukset ja sertifikaatit, erityisesti jos työskentelet lääketieteellisessä tai lääketeollisuudessa.

 

4. Vakauden ja turvallisuuden suunnittelu

Jotkut laboratoriot sijaitsevat alueilla, joilla tärinä on riski ulkoisten tapahtumien, kuten kovien tuulien tai jopa pienten seismisten aktiviteettien, aikana. Näissä erityistapauksissa tärinänvaimennuskiinnikkeet, joissa on pidätysominaisuuksia, voivat estää laitteiden liikkumisen tai kaatumisen.

Esimerkiksi DECIBELin AMR-kiinnityksissä yhdistyvät tärinänvaimennus ja sisäänrakennetut rajoittimet, jotka takaavat vakauden kaikkiin suuntiin.

 

Nykypäivän laboratorioissa tarkkuus on ratkaisevan tärkeää. Akustiset värähtelyt voivat kuitenkin heikentää datan laatua, vahingoittaa kalliita laitteita ja vaikeuttaa laboratoriotyötä. Nämä vaikutukset jäävät usein huomiotta, kunnes datasta tulee epäluotettavaa tai työkalut alkavat vikaantua.

Tärinää voi syntyä monista eri paikoista, sekä laboratorion sisältä että ulkopuolelta. Jopa pienetkin liikkeet LVI-järjestelmistä, jalankulusta tai lähiliikenteen melusta voivat häiritä herkkiä laitteita. Nämä pienet ongelmat kehittyvät lopulta suuremmiksi ongelmiksi.

Tärinän hallinta pyrkii pääasiassa luomaan vakaamman, tuottavamman ja turvallisemman työympäristön. Oikeiden tärinänvaimennuskiinnikkeiden, -tyynyjen ja akustisten käsittelyjen käyttö tekee selvän eron.

Tarvitsetko tukea oikean tärinäratkaisun löytämiseen laboratorioosi? Ota yhteyttä DECIBELin asiantuntijoihin räätälöityjen järjestelmien saamiseksi, jotka vastaavat juuri sinun tarpeitasi.

Lisälukemista ja viitteitä

• Työterveys- ja työturvallisuusviranomainen (Health and Safety Executive). (nd). Käsivarsitärinä (HAVS). Yhdistyneen kuningaskunnan hallitus.
• Työterveys- ja työturvallisuusviranomainen. (nd). Käsi-käsivarsitärinän terveysvalvonta. Yhdistyneen kuningaskunnan hallitus.
• Yhdysvaltain kansallinen standardi- ja teknologiainstituutti (National Institute of Standards and Technology). (nd). Akustiset mittaukset ja standardit.
• Thermo Fisher Scientific. (nd). Elektronimikroskopialaitteet.
• Vine, DJ, McVitie, S., & MacLaren, DA (2014). Mekaaninen värähtely ja sen vaikutus korkean resoluution pyyhkäisyelektronimikroskopiaan. Journal of Microscopy, 254 (2), 85–94.