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振源
振动,通常被认为是噪声,可以分为三大类:地震(地面)振动、声振动和直接对工作面上的物体施加的力。地震振动包括使实验装置下的地面振动的所有振源。有些常见的地震振源如来往行人、来往车辆、吹向建筑的风以及建筑的通风设备。
许多这样的振源不仅会产生地震振动,还会产生声振动。其不同之处在于,声振动用来衡量实验中空气压力变化的影响。
*后一个产生振动的因素是直接对工作面上的物体施加的力。这些振源与实验装置直接机械耦合,但不通过平台支撑脚传播。例如表面放置了样品的移动平台所产生的振动,或是通过真空系统抽气管传递到工作面的振动。
振动特点
振动可以分为随机振动和周期振动。周期振动既包括由持续运行的真空系统所产生的持续振动,也包括由根据房间温度而开关空气处理系统的风扇所产生的振动。随机振动是由不可预测的振源产生的振动,如风吹向建筑或是工人在街道上使用电钻挖掘总水管。除了这种周期信息之外,知道振动的频率和振幅也很重要。一般来说,环境振动的频率会在4 到100 Hz的范围之内。
通过多种机制,许多噪声源共同形成了实验装置的整体振动。例如,位于实验装置旁边地面上的真空泵不仅会产生声振动,还会在地板上产生地震振动。在针对光学系统分析噪声源时,应该考虑到这两种振动渠道。然而,由于机械振动耦合效率一般比声源振动的耦合效率要高,造成整体噪声的*大因素一般还是地震振动和直接对工作面上的物体施加的力。因此,将真空泵放在防震垫上就可以减少振动,使其产生的噪声与其他噪声源相比变得无关紧要。
识别振源
正如上面所说,实验室通常有一张噪声谱,主要的噪声可能源自结构和声音。
选择一种隔振系统之前,有必要考虑好现在的噪声源,如果有可能,就将之消除,例如上文中真空泵的例子。通过将工作环境中的噪声源消除,就有可能减少噪声,进而减少隔振要求,降低所需隔振系统产生的成本。
例如,在图 1中,一台示波器被直接放在了实验工作面。因此,示波器的风扇产生的振动将直接给实验施加一种力。通过将示波器放置在不与实验工作面直接接触的架空架上,就消除了这种振源。在考虑消除何种噪声源时,请记住,地震振动和直接对工作面上的物体施加的力通常为*强烈的振源,因为其机械耦合的效率较高。
由于温度浮动会引起材料的膨胀和收缩,来自空调系统和冷却风扇的温度干扰也会引起元件间的相对运动。大多数空调系统一般只会将温度浮动维持到一小时一度以内。而且,因大气折射率及其密度与温度相关,它们的变化会造成虚拟运动,有些实验技术会对这样的运动很敏感。如果是在这种情况下,就有必要围绕敏感元件建立一个罩壳系统来限制温度变化和气流。